Pesquisadores Avançam na 'Geração de Energia' Para Missões em Planetas Externos Baseada na Tecnologia de 'Células Termorradioativas (TRC)' de Radioisótopos

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Fonte: SpaceDaily

Ilustrativo.

 

No dia 02/05, o portal SpaceDaily revelou que cientistas estão progredindo na geração de energia para expedições a planetas distantes através das Células Termorradioativas de Radioisótopos.

 

Conforme mencionado no portal, este projeto continua os esforços da Fase I para desenvolver e demonstrar a viabilidade de uma fonte de energia revolucionária para missões interplanetárias, introduzindo um novo conceito na conversão de energia térmica, a célula termorradiativa (TRC). Agindo como uma célula solar invertida, a TRC converte o calor de uma fonte de radioisótopo em luz infravermelha, que é então liberada para o ambiente frio do universo.

 

Neste processo, eletricidade é gerada. Em nosso estudo da Fase I, demonstramos que é possível obter 8 W de potência elétrica a partir de um pellet de Pu-238 de 62,5 W de uma fonte de calor de uso geral, utilizando uma TRC com um bandgap de 0,28 eV operando a 600 K. O conjunto necessário inclui 1.125 cm de emissores TRC, abrangendo pouco mais de 50% da área de superfície de um cubesat 6U.

 

Com uma massa total (fonte de calor + TRC) de 622 g, uma potência específica de massa de 12,7 W/kg é alcançada, representando mais de 4,5 vezes a melhoria do Gerador Termoelétrico de Radioisótopo de Missão Multiuso (MMRTG). Com base nos resultados da Fase I, acreditamos que há um potencial significativo a ser explorado nesta tecnologia.

 

Ao utilizar materiais III-V de baixo bandgap, como InAsSb em matrizes nanoestruturadas para mitigar potenciais perdas, prevemos uma melhoria de 25 vezes na potência específica de massa e uma redução de quatro ordens de magnitude no volume em comparação com um MMRTG. Essa é apenas uma estimativa inicial, pois um desempenho ainda maior é possível, dependendo das condições de operação.

 

A tecnologia TRC abrirá caminho para uma nova geração de pequenas espaçonaves versáteis, atendendo a requisitos de energia que não podem ser alcançados com matrizes fotovoltaicas ou sistemas MMRTG volumosos e ineficientes. Isso permitirá missões diretas de pequenos satélites aos planetas externos, bem como operações em áreas permanentemente sombreadas, como as crateras polares da Lua.

 

Este estudo investigará a termodinâmica e a viabilidade do desenvolvimento de uma fonte de energia termorradiativa habilitada para radioisótopos, focando em tamanho, peso, potência (SWaP), e continuará a integrar os efeitos de possíveis mecanismos de perda de energia e eficiência desenvolvidos na Fase I.

 

Experimentalmente, serão desenvolvidos materiais e dispositivos TRC, incluindo super-redes do tipo II baseadas em InAsSb por meio de epitaxia de fase vapor metalorgânica (MOVPE), visando materiais de baixo bandgap com recombinação de Auger suprimida. Além disso, serão investigados contatos metal-semicondutor capazes de suportar as temperaturas elevadas necessárias. Os dispositivos TRC serão testados quanto ao desempenho em temperaturas elevadas, enfrentando um ambiente frio sob vácuo, utilizando um aparato de teste de criostato modificado desenvolvido na Fase I.

 

Será realizada uma análise de um conversor termorradiativo de radioisótopo para alimentar uma missão cubesat operando em Urano. Isso incluirá um estudo de design de engenharia para nossa missão de referência em colaboração com a equipe de engenharia da Compass no Centro de Pesquisa Glenn da NASA, especializada no impacto de novas tecnologias no design de espaçonaves em uma missão global. Isso envolverá todas as disciplinas de engenharia, integrando-as em um nível de sistema. Por fim, será desenvolvido um roteiro tecnológico para os componentes necessários da TRC para alimentar uma missão futura.

 

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