تأمین برق در كاوشگر افقهای جدید

کاوشگر فضایی افقهای نو که به منظور ملاقات با لبه بیرونی منظومه شمسی عازم سفری ۱۰ تا ۱۵ ساله شده است, تفاوتی بنیادی با فضاپیماهای مرسومی که ما می شناسیم دارد این کاوشگر ۶۵۰ میلیون دلاری ناسا فاقد صفحات خورشیدی است

کاوشگر فضایی افقهای نو که به منظور ملاقات با لبه بیرونی منظومه شمسی عازم سفری ۱۰ تا ۱۵ ساله شده است، تفاوتی بنیادی با فضاپیماهای مرسومی که ما می شناسیم دارد. این کاوشگر ۶۵۰ میلیون دلاری ناسا فاقد صفحات خورشیدی است. صفحات خورشیدی تقریباً در تمامی ماهواره ها و فضاپیماهای مرسوم موظف به تأمین چند کیلووات برق مورد نیاز آنها می باشند. اما كاوشگر افقهای‌نو (New Horizons) برای رسیدن به پلوتو و كمربند كوئیپر باید سفری ۸ میلیارد كیلومتری را پشت سر بگذارد. در آن محدوده، خورشید همانند ستاره‌ای كوچك ولی درخشان خواهد بود كه ۱۰۰۰ برابر كمتر از زمین فروغ دارد. نور خورشید برای رسیدن به آن مكان چهار ساعت در راه خواهد بود. در آن مكان تاریك و سرد صفحات خورشیدی کارکرد خود را از دست خواهند داد و قادر به تأمین انرژی مورد نیاز سفینه نخواهند بود.

در سیاره پلوتو، خورشید بسیار كوچكتر از آن‌چیزی كه اینجا نمایش داده شده است، به نظر خواهد رسید.

مهندسان طراح سفینه به همین دلیل راه‌حل دیگری برای تأمین برق مورد نیاز كاوشگر و ابزار نصب شده روی آن اندیشیدند. آنها از یك ژنراتور ترموالكتریكی استفاده كردند كه گرمای مورد نیاز خود را از واكنشهای هسته‌ای به دست می‌آورد. این ژنراتور هسته‌ای كه به صورت مخفف RTC نامیده می‌شود توسط مهندسان وزارت نیروی ایالات متحده آمریكا برای این كاوشگر طراحی و ساخته شده است. چنین تجهیزاتی باید برای چندین سال قادر به تأمین مداوم چندین كیلووات برق مصرفی دستگاه‌های یك كاوشگر فضایی كه به اعماق دوردست فضا فرستاده می‌شود ، باشند.

نفس بسیاری از دانشمندان و دلسوزان محیط زیست از زمان پرتاب چنین سفینه‌هایی كه یك رآكتور هسته‌ای را در خود حمل می‌كنند تا لحظه‌ای كه به فاصله امنی از زمین برسند در سینه حبس می‌شود. خطر ناشی از برخورد یك پسماند فضایی یا یك سنگ آسمانی با این محموله خطرناك در نزدیكی جو زمین می‌تواند یك فاجعه زیست‌محیطی به بار آورد. دانشمندان ناسا نیز با توجه به حساسیت فوق‌العاده چنین مأموریتی تمام جوانب امر را سنجیده و قبل از پرتاب نتایج تحقیقات خود را درباره شرایط گوناگونی كه باعث نشت مواد رادیو‌اكتیو به جو زمین شود را منتشر نمودند. به این ترتیب نه‌تنها آرامش نسبی در جامعه علمی ایجاد شد بلكه فرصت مغتنمی به دست آمد تا سایر كارشناسان نیز به مشورت با مهندسان ناسا بپردازند.

● RTG چیست؟

RTGها كه عموماً برای تولید نیروی برق در فضاپیماهایی با مأموریتهای ویژه استفاده می‌شوند، باید ابزار بسیار قابل اعتمادی باشند و برای سالها انرژی برق مورد نیاز سفاین و ایستگاه‌های فضایی را تأمین كنند. در این وسیله گرمای ناشی از شكست طبیعی عناصر سنگین رادیواكتیو به مواد سبكتر بر طبق خاصیت ترموالكتریكی به جریان برق تبدیل می‌شود.

▪ یك دستگاه RTG از دو قسمت اصلی تشكیل شده است:

۱) واحد تولید گرما كه میله‌هایی از جنس دی‌اكسید پلاتینیوم هستند

۲) واحد تولید الكتریسیته كه مجموعه‌ای از ترموكوپلهایی است تا گرمای ناشی از شكست مولكولهای پلاتینیوم را به الكتریسیته تبدیل كنند.

در سال ۱۸۲۱ یك دانشمند آلمانی به نام توماس جوآن سیبِك، كشف كرد كه چگونه می‌توان با استفاده از یك وسیله ساده، گرما را مستقیماً به الكتریسیته تبدیل كرد. او دریافت كه اگر دو ماده رسانای مختلف را در معرض درجه حرارتهای گوناگونی قرار دهد، اختلاف ولتاژی را به دست خواهد آورد كه به جنس مواد و دمایی كه هر كدام از آنها در معرض آن واقع شده‌اند بستگی دارد.

از این یافته امروزه استفاده‌های بی‌شماری می‌شود كه عموماً در زمینه حرارت‌سنجی است.

از‌آنجاییكه این وسیله كارآمد قطعه متحركی ندارد و از خاصیت مواد برای تولید جریان برق استفاده می‌كند و از دیگر سو می‌تواند برای سالها به كار خود ادامه دهد، بسیار مورد توجه مهندسان متخصص ساخت فضاپیماها و ماهواره‌ها است.در یك RTG چندین ترموكوپل مجزا به تولید برق مشغول هستند كه در هر كدام اتصال گرم انرژی لازم را از حرارت ناشی از شكست اتمی یك ماده رادیواكتیو نظیر پلوتونیوم به دست‌ می‌آورد و اتصال سرد با قرار دادن سر دیگر ترموكوپل در فضای لایتناهی مهیا می‌شود.

بیش از چهل سال است كه RTGها در مأموریتهای فضایی مورد استفاده قرار می‌گیرند. تا به حال در ۲۵ مأموریت فضایی شامل ۶ پرواز آپولو به سمت ماه، دو مأموریت فضاپیماهای پاییونیر برای بررسی مشتری و زحل (كیوان)، دو مریخ‌نشین وایكینگ، دو مأموریت فضاپیماهای ویجر به خارج از منظومه شمسی، فضاپیمای گالیله كه به سمت مشتری رفت، كاوشگر اویسِز كه مأمور بود تا قطبهای خورشید را مشاهده و بررسی نماید و در نهایت مأموریت كاسینی-هویگنز برای مشاهده مجموعه زحل و اقمارش از این دستگاه به منظور تولید جریان برق مورد نیاز استفاده شده است.

ماژول RTG كاوشگر افقهای نو كه از ۶۸ میله سرامیكی دی‌اكسید پلوتونیوم۲۳۸ به وزن تقریبی ۱۱ كیلوگرم ساخته شده است، می‌تواند بالغ بر ۲۱۳ وات انرژی الكتریكی تولید كند.