Jak zasilane są sondy kosmiczne, które przemierzają najdalsze zakątki Układu Słonecznego, gdzie światło naszej gwiazdy (celem zasilenia sondy) jest już zbyt słabe? Odpowiedź tkwi w technologii, która powstała wcześnie, bo już w latach 60. XX wieku – radioizotopowych generatorach termoelektrycznych. Dlaczego energia słoneczna nie wystarcza na dalekie misje kosmiczne? Oraz jak RTG (nie promienie Rentgena — ów skrótowiec dotyczy również generatorów radioizotopowych!) odmieniły eksplorację kosmosu?
Blisko Ziemi światło słoneczne jest wystarczająco intensywne, byśmy mogli pozyskiwać z niego prąd. Wystarczy wyobrazić sobie gorące lato, by przekonać się, ile energii dociera na powierzchnię naszej planety. Statki kosmiczne krążące po orbicie ziemskiej korzystają z tego faktu, wyposażone w panele słoneczne, które zasilają systemy łączności i instrumenty naukowe. Jednak już na Marsie i przede wszystkim w "dalekim" kosmosie, światło słoneczne słabnie. Tu zaczyna się potrzeba wykorzystania innych, niezawodnych źródeł energii.
RTG można porównać do baterii, jednak takich, których źródłem energii są reakcje jądrowe. W przeciwieństwie do klasycznych baterii, które znamy z padów do gier lub pilotów, RTG działają dzięki rozpadowi radioaktywnemu izotopu – plutonu-238. Pluton-238 nie nadaje się do użycia w elektrowniach jądrowych, za to doskonale sprawdza się w misjach w kosmosie. W wyniku rozpadu emituje cząstki alfa, które ogrzewają obudowę baterii, generując samodzielnie wystarczająco dużo ciepła, aby wygenerować czerwoną poświatę. Wychodzi więc na to, że "sam z siebie" robi się naprawdę gorący.
Owe ciepło wykorzystuje się następnie do produkcji prądu dzięki efektowi Seebecka. Odkryto go już w 1821 roku i polega na powstawaniu napięcia elektrycznego w wyniku różnicy temperatur między dwoma różnymi przewodnikami połączonymi ze sobą. W kosmicznych RTG jedna strona termopary ogrzewana jest rozpadem plutonu, druga zaś wystawiona jest na mroźne warunki przestrzeni kosmicznej. W ten sposób uzyskujemy naprawdę niezawodne, bardzo trwałe źródło prądu.
Serce RTG stanowi pluton-238, przechowywany bezpiecznie w postaci ceramicznego dwutlenku plutonu. Wokół niego znajduje się warstwa izolacyjna oraz zestaw termopar. Wszystko zamknięte jest w aluminiowej obudowie. Temperatura wewnątrz może sięgać 538 stopni Celsjusza, podczas gdy zewnętrzna strona RTG chłodzona jest przestrzenią kosmiczną do temperatur setek stopni poniżej zera. Ogromna różnica temperatur napędza produkcję energii elektrycznej, która zasila sondy, instrumenty naukowe, a nawet łaziki marsjańskie. Zasadniczo, budowa takiej baterii jest niezwykle prosta i ogromnie pomaga w tym nam fakt, iż wszystko dzieje się właśnie w przestrzeni kosmicznej.
RTG odegrały kluczową rolę w wielu historycznych misjach NASA. Dzięki nim łaziki Mars Curiosity i Perseverance mogły prowadzić badania powierzchni Czerwonej Planety, a sonda New Horizons wykonała spektakularne zdjęcia Plutona w 2015 roku. Jednak prawdziwymi bohaterami technologii RTG są sondy Voyager, które wystartowały już w 1977 roku. Voyager 1 i Voyager 2, wyposażone w trzy RTG każda, kontynuują przesyłanie danych z odległości sięgających 25 miliardów kilometrów od Ziemi. Możliwości ich baterii niestety z roku na rok kurczą się coraz bardziej — taka bateria nie jest niestety wieczna i ostatecznie, będziemy musieli pożegnać legendarne sondy na zawsze. W ostatnim czasie udało się jednak rozwiązać kilka ważnych problemów technicznych ich instrumentów i przywrócić je do poprawnego działania — na tyle, na ile są w stanie zasilić się za pomocą generatorów jądrowych.
Czytaj również: Loty w kosmos dostępne dla każdego. Tak ma wyglądać przyszłość!
Największą zaletą RTG jest ich niezawodność. Dzięki temu, że nie ma w nich ruchomych części, praktycznie nie ma ryzyka awarii mechanicznej. Energia wytwarzana przez RTG jest stabilna, a połowiczny czas rozpadu plutonu-238 wynosi aż około 90 lat. Niestety, moc generowana przez RTG jest ograniczona do kilkuset watów. To wystarczy dla misji kosmicznych, ale w ziemskich warunkach nie bylibyśmy w stanie używać takich baterii w roli wydajnego układu zasilania. Na Ziemi jest po prostu... zbyt ciepło, byśmy mogli ich użyć.
Owe baterie od dziesięcioleci umożliwiają eksplorację nawet najbardziej odległych obszarów kosmosu. Mimo ograniczonej mocy są niezawodne, długowieczne i doskonale dostosowane do ekstremalnych warunków panujących poza Ziemią. Obecnie to właśnie te generatory pozwalają ludzkości przekraczać kolejne granice Wszechświata. Niewykluczone jednak, że w najbliższych latach opracujemy dla nich godnych konkurentów: tym bardziej że nasze potrzeby ciągle rosną, jak chodzi o eksplorację przestrzeni kosmicznej.
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
