Energiforsyning (el, hvis det er nemmere, efter at alle, selv maskiner har brug for noget at spise) er en vigtig del af rumfartøjet. De skal arbejde under ekstreme forhold og at være yderst pålidelige. Men med konstant stigende energi krav af komplekse rumfartøj, at vi i fremtiden vil have behov for nye teknologier. Den mission, der vil vare i årtier, vil behovet for en ny generation af power kilder. Hvad er mulighederne?
De nyeste mobil telefoner næsten ikke kan leve en dag uden at skulle sættes i stikket. Men sonden Voyager, der blev lanceret 38 år siden, stadig sender os oplysninger fra Outlands af solsystemet. Sonden “Voyager” er i stand til effektivt at håndtere 81 000 instruktioner per sekund, men i gennemsnit, smartphones er 7000 gange hurtigere.
Din mobiltelefon, selvfølgelig, der er født for regelmæssig opladning og det er usandsynligt, at være tilbage i et par millioner kilometer fra den nærmeste stikkontakt. For at genoplade det rumfartøj, som er 100 millioner km fra den nærmeste station, er upraktisk. I stedet rumfartøj skal være i stand til at gemme eller generere nok energi i årtier-furede rum. Da det viste sig, at det er svært at arrangere.
Mens nogle on-Board-systemer kun lejlighedsvis kræver energi, andre er nødt til konstant at arbejde. Transpondere og modtagere skal være aktiv hele tiden, og i tilfælde af en bemandet flyvning eller en rumstation skal fungere life support-systemer og belysning.
Dr. RAO Surampudi — program Manager på teknologi, power jet propulsion Laboratory, California Institute of technology. Mere end 30 år, han har designet strømforsyning systemer til forskellige NASA rumfartøj.
Ifølge Surampudi, strømforsyning systemer til rumfartøjer i ca 30% af massen transport og kan opdeles i tre undergrupper:
- energiproduktion;
- opbevaring af energi.
- strøm, styring og distribution
Disse systemer er afgørende for driften af rumfartøjer. De skal have en lav masse, til at leve længe og være “energi tæt”, der er til at producere en masse energi fra relativt små mængder. De skal også være meget pålidelige, fordi nogle ting at ordne i rummet ville være praktisk umuligt eller upraktisk.
Disse systemer skal ikke kun være i stand til at forsyne alle ombord behov, men for at gøre det hele mission — nogle som kan vare i flere hundrede år.
“Levetid skal være længere, fordi hvis noget går galt, du ikke kan ordne det, siger Surampudi. — At komme til Jupiter, vil det tage fem til syv år, at Pluto — mere end ti år, men at forlade solsystemet er 20-30 år.”
På grund af det unikke miljø, som de arbejder, energiforsyning af rumfartøj skal være i stand til at arbejde i forhold til nul tyngdekraft og i et vakuum, men også til at modstå den enorme stråling (normalt under sådanne omstændigheder, elektronik virker ikke). “Hvis du vil være landing på Venus, kan temperaturen nå op på 460 grader Celsius, men om Jupiter de kan slippe for at -150 grader.”
Et rumfartøj, der er på vej til centrum af vores solsystem, vil få en masse sol for deres solcelle-paneler. Solar paneler af rumfartøjer kan være, der svarer til traditionelle solpaneler til vores hjem, men er designet til mere effektivt arbejde end i hjemmet.
Den kraftige stigning i temperatur fra tæt nærhed til Solen kan også forårsage overophedning af solpaneler. Dette mindskes ved at dreje solpaneler væk fra Solen, som begrænser virkningen af intensivt sollys.
Når rumfartøjet går i kredsløb om planeten, solpaneler bliver mindre effektive; de kan ikke producere meget strøm på grund af den eclipses, og passagen gennem skyggen af planeten. Har brug for en pålidelig lagring af energi-system.
Atomer svar
En sådan form for lagring af energi, er Nikkel-brint batterier, som kan genoplades mere end 50.000 gange og der bor mere end 15 år. I modsætning til kommercielle batterier, som ikke arbejde i rum, disse gaver forseglet batteri-systemer, der kan operere i et vakuum.
Når du flyver fra Solen, solens stråler er gradvist reduceret fra 1,374 W/m2 omkring Jorden op til 50 W/m2 i nærheden af Jupiter og Pluto allerede er omkring 1 W/m2. Derfor, når satellitten flyver bag Jupiter kredsløb, forskere henvender sig til atomare systemer til at sikre enhed energi.
Den mest almindelige type er den radioisotop termoelektriske generatorer (RTGs-systemer), som blev brugt på Voyager, Cassini og Mars Rover “Nysgerrighed”. Dette er en solid-state enhed, med ingen bevægelige dele. De producerer varme i processen af radioaktivt henfald af elementer, såsom plutonium, og har en holdbarhed på over 30 år.
Når du bruger RTGs-umuligt — for eksempel, hvis vægten af afskærmning påkrævet for at beskytte besætningen, gør enheden upraktisk, og afstanden fra Solen til hinder for anvendelse af sol-paneler, så gå til en brændselscelle.
Brint-ilt, brændselsceller blev brugt under space missioner “Apollo” og “Gemini”. Selv om de brint-ilt, brændselsceller ikke kan genoplades, de har en høj specifik energi, og efterlad ikke andet end vand, der kan forbruges af astronauter.
Nuværende forskning med NASA og JPL vil give mulighed for en fremtidig energiforsyning system til at generere og gemme mere energi bruger mindre plads, og i lang tid. Men nye satellitter er mere krævende reserver, fordi deres on-Board-systemer bliver mere komplekse og mere sulten til energi.
Høj energi krav, især forekomme, når rumfartøjet bruger elektriske fremdriftssystem, ligesom ion-motor, som først afholdes på Deep Space 1 i 1998 og indtil nu med succes bruges på plads køretøjer. Elektrisk fremdrift og systemer, der normalt smide brændstof ved hjælp af elektricitet på høj hastighed, men andre bruger elektrodynamiske bindsler, der vekselvirker med den magnetiske felter af planeten for at flytte et rumfartøj.
De fleste energi-systemer på Jorden, vil arbejde i rummet. Således er et nyt system af energiforsyning bør være grundigt afprøvet, før der er installeret på rumfartøjet. NASA og JPL bruge deres laboratorium for at simulere de barske forhold, som denne nye teknologi vil arbejde ved at bombardere den nye komponenter og systemer stråling og udsætter dem for ekstreme temperaturer.
Ekstra liv
På nuværende tidspunkt for fremtidige missioner forberede radioisotop Stirling generatorer. Baseret på eksisterende RTGs-systemer, disse generatorer er meget mere effektiv end termoelektrisk brødre, og kan være meget mindre, men med en mere kompleks enhed.
Også udviklet nye typer af batterier for den planlagte NASA mission til Europa (en af Jupiters måner). De skal arbejde i temperaturer fra -80 til -100 grader Celsius. Ved at undersøge muligheden for at skabe avancerede lithium-ion-batterier med den dobbelte mængde af lagret energi. De kan tillade astronauter til at tilbringe to gange mere tid på månen, før batteriet løber tør.
Der er udviklet nye solceller, der kan fungere i forhold med lav lysintensitet og temperatur, der er, rumfartøjet vil være i stand til at operere på solenergi længere fra Solen.
Når NASA endelig beslutter sig for at bygge en permanent base på Mars med folk, og måske på en anden planet. Agenturet vil har brug for et system af energi, der vil være langt mere magtfulde rådighed.
Månen er rig på helium-3, en sjælden Jordart, som kan være den ideelle brændstof til nuklear fusion. Dog, mens en sådan syntese er ikke for at være stabilt eller pålidelige nok til at danne grundlag for energiforsyning af rumfartøjet. Hertil kommer, at en typisk syntese reaktor, som en tokamak, på størrelse med et hus og vil ikke passe ind i rumfartøjet.
Hvad med de reaktorer, der var helt fint, for der kører på elektricitet, rumfartøjer og planlagte mission til at lande på månen og Mars? I stedet for at tage på koloni et separat system for energiforsyning, man ville bruge en nuklear generator af rumfartøjet.
Rumfartøjer med atomkraft-el-motor anses for længerevarende missioner i fremtiden. “Mission at omdirigere en asteroide vil kræve kraftige sol-paneler, der vil give tilstrækkelig elektrisk fremdrift, så rumfartøjet kunne manøvrere rundt asteroide, siger Surampudi. — På et tidspunkt, at vi skulle til at køre det på solenergi, men med det nukleare det vil være meget billigere.”
Vi vil dog ikke se rumfartøjet om nuklear energi i mange år. “Teknologien er endnu ikke Moden nok, siger Surampudi. — Vi er nødt til at sørge for, at de vil være sikker efter at have kørt”. De har strenge test, som vil vise, om det er sikkert at underkaste sådanne nukleare anlæg prøvelse af plads”.
New energy supply system vil tillade, at den ydre enhed til at arbejde længere og rejse længere, men er stadig kun ved begyndelsen af sin udvikling. Når de vil opleve, at de bliver kritiske komponenter for bemandede missioner til Mars og videre ud.