Stirling i Deep Space


I mer enn 30 år har NASAs dype romprober benyttet seg av radioisotop termoelektriske generatorer (RTG), enheter som bruker forfall av plutonium 238 for å varme termoelementer og generere elektrisitet. Nå er rombyrået klar til å erstatte de tunge, dyre og ineffektive RTGene med et system som gir mer kraft med mye mindre radioaktiv brenselteknologi basert på en 1800-talls oppfinnelse. Stir

I mer enn 30 år har NASAs dype romprober benyttet seg av radioisotop termoelektriske generatorer (RTG), enheter som bruker forfall av plutonium 238 for å varme termoelementer og generere elektrisitet. Nå er rombyrået klar til å erstatte de tunge, dyre og ineffektive RTGene med et system som gir mer kraft med mye mindre radioaktiv brenselteknologi basert på en 1800-talls oppfinnelse.

Stirling-motoren er patentert i 1816 av en intellektuelt ubarmhjertig skotsk minister ved navn Robert Stirling. Enkelhet er to kamre eller sylindre, en kald og en varm, som inneholder "arbeidsvæske" (ofte luft, helium eller hydrogen) med regenerator eller varme veksler mellom de to. Forskjeller i temperatur og trykk mellom de to sylinderene fører til at arbeidsfluidet utvides og samles, passerer frem og tilbake gjennom veksleren og beveger et stempel. Prosessen omdanner dermed termisk energi (i NASAs tilfelle, levert av radioaktivt henfall) til mekanisk energi.

"Stirling er faktisk noe vi har investert i i løpet av de siste tre tiårene på et eller annet nivå, og nå er det når vi er klare til å gjøre neste skritt fremover, " sier Dave Lavery, en av direktørene i Solar System Exploration-programmet på NASAs hovedkvarter i Washington, DC

Lockheed Martin setter slutt på en engineering test enhet som skal være klar i vår: den avanserte Stirling radioisotopgeneratoren. To Stirling omformere inne i generatoren kjøre stempler i en lineær generator, genererer ca 100 watt elektrisk kraft. Enheten vil være mindre enn en hage lang og en fot bred, liten nok til å passe inn i baksetet til en underkompakt bil og veier litt over 40 pounds-mindre enn halv vekten av en typisk RTG. Den vil skryte av en konverteringseffektivitet på 20-30 prosent, sammenlignet med de målbare 6 til 7 prosent av RTGene, mens det kun krever en fjerdedel mengden radioisotopbrensel.

Disse egenskapene utgjør viktige fordeler for spaceflight. Fordi Stirling-enheten vil være mindre massiv og dermed billigere å starte, vil det tillate et romfartøy å bære en større nyttelast. Den firefoldige reduksjonen i radioaktivt drivstoff, fra 20 pund i en RTG til fem i en Stirling, sparer også penger, samtidig som det reduserer sikkerhetsproblemer som er involvert i et verste fall av et lanseringsbil som eksploderer i midten. NASA er svært oppmerksom på offentlig bekymring for radiologisk sikkerhet, og som Lavery sier det, "for ethvert atombasert system går vi gjennom hele prosessen med miljøpolitikkloven", noe som krever at NASA samler offentlige kommentarer før en endelig lanseringsbeslutning.

Richard Shaltens, leder av Thermal Energy Conversion Branch på NASA Glenn Research Center, forklarer at når Lockheed fullfører første testing, vil NASA Glenn sette enheten gjennom utvidede evalueringer for å starte overgangen til flystatus. "Vi planlegger å gå videre med den potensielle bruken av denne teknologien på fremtidige oppdrag i trolig tidsrammen 2012-2013, " sier Shaltens. Han påpeker også at Stirling-omformere i mer enn 100 000 timer med labtesting i ulike miljøer har vist at de utfører som forventet og har potensial for lang levetid, som kan sammenlignes med RTG.

NASA er så selvsikker i Stirling radioisotopgeneratoren at byrået allerede har invitert romfagfellesskapet til å sende inn Stirling-baserte planetariske oppdragskonsepter. Lavery legger vekt på at generatorens innvielsesoppdrag ikke vil bli bestemt før minst 2009, men mulige jobber inkluderer fly til de ytre planetene og bemannede oppdrag til månen eller Mars. "Deres overordnede design akkurat nå er å være kompatibel med enten et interplanetært miljø med dype mellomrom eller et planetarisk miljø med enten atmosfære eller vakuum, " sier Lavery.
Til slutt kan Stirling-teknologien helt fase ut RTG-er helt. Lavery forventer at det "ville være begynnelsen på en ny familie av [radioisotopkraftanlegg] som er betydelig mer effektiv og betydelig mindre kostbar enn de løsningene vi hadde tilgjengelig hittil." Reverend Stirling kunne knapt ha forestilt seg at hans geniale oppfinnelse kunne godt bli hovedmesteren som driver den neste store tiden med solsystemutforskning.

OM AUTOREN (S)

Mark Wolverton er basert i Bryn Mawr, Pa.

Siste nytt