La NASA a donné son feu vert à un projet du Rochester Institute of Technology visant à développer une source d'énergie nucléaire dix fois plus petite que celles actuellement utilisées pour les missions planétaires.
La plupart des satellites en service aujourd'hui sont alimentés par des panneaux solaires qui convertissent la lumière du soleil en électricité en absorbant les photons et en créant un déséquilibre potentiel dans les matériaux des cellules du panneau qui génèrent le courant électrique. Ces panneaux font très bien leur travail, mais dans l'espace lointain au-delà de l'orbite de Mars, ou dans des conditions difficiles telles que les tempêtes de poussière martiennes ou les longues nuits sur la Lune, la lumière du soleil ne peut tout simplement pas produire l'énergie nécessaire.
Comme alternative, de nombreux engins spatiaux embarquent des générateurs thermiques à radio-isotopes multi-missions (MMRTG) qui utilisent un gradient de température pour générer de l'électricité. En d'autres termes, le radio-isotope produit de la chaleur et les thermocouples la convertissent directement en électricité. Ce principe est familier aux ingénieurs et est largement utilisé sur Terre pour des choses comme les radios et les fours alimentés au kérosène qui peuvent également charger des appareils mobiles.
Le problème avec les MMRTG est qu'ils sont relativement encombrants. Par exemple, la paire utilisée sur le rover Perseverance de la NASA a un diamètre de 64 cm, une longueur de 66 cm et un poids de 45 kg. Chacun d'eux contient 4,8 kg de dioxyde de plutonium comme combustible, qui fournit de la chaleur aux thermocouples à l'état solide lors de la désintégration des éléments radioactifs.
En conséquence, ces MMRTG sont conçus pour de très gros engins spatiaux, et Perseverance a la taille d'un SUV. En effet, le système utilisé n'a qu'une puissance spécifique limitée, qui est une mesure du nombre de watts de puissance pouvant être produits par unité de machine. Une voiture familiale a une puissance spécifique de 50 à 100 W/kg, alors qu'un avion de chasse a environ 10 000 W/kg. En revanche, le MMRTG a un rapport d'environ 30 W/kg.
En considérant la thermodynamique de la taille, du poids et de la puissance (SWaP) d'un éventuel appareil, le projet de la NASA espère réduire ce rapport d'un ordre de grandeur à 3 W/kg, avec une réduction de volume tout aussi importante.
Ceci est réalisé en utilisant un nouveau principe, qui est essentiellement un panneau solaire qui fonctionne en sens inverse. Lorsqu'un panneau solaire absorbe de la lumière, une partie est convertie en électricité et la majeure partie est convertie en chaleur. La nouvelle source d'énergie radio-isotopique fonctionne sur le principe d'un élément thermoradiatif, où la chaleur sous forme de lumière infrarouge frappe un panneau avec des éléments constitués d'indium, d'arsenic, d'antinomie et de phosphore dans diverses combinaisons. Cela crée une différence de potentiel avec la polarité opposée à celle qui se produit dans les cellules solaires.
En bref, un élément thermoradiatif génère de l'électricité à partir de la chaleur et libère l'énergie dépensée sous forme de photons infrarouges. Non seulement cela fonctionne dans le sens inverse du panneau solaire, mais c'est aussi beaucoup plus efficace. Le résultat est un nouveau générateur de rayonnement thermique (TRG).
Si cette nouvelle technologie peut être mise en pratique, cela signifiera que les futures missions vers Jupiter et au-delà, ou vers les cratères ombragés en permanence des régions polaires de la Lune, pourront utiliser des engins spatiaux de la taille d'un CubeSat avec de petits générateurs pour leur fournir tous la puissance dont ils ont besoin.
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