先進的なスターリング放射性同位元素発生器

先進的なスターリング放射性同位元素発生器の断面図

先進スターリング放射性同位体発生装置（ASRG）は、NASAグレン研究センターで初めて開発された放射性同位体発電システムです。スターリング電力変換技術を用いて、放射性崩壊熱を宇宙船で使用するための電力に変換します。ASRGのエネルギー変換プロセスは、従来の放射性同位体システムに比べて大幅に効率が高く、プルトニウム238の使用量は通常の4分の1で同じ量の電力を生成できます。

2013年にASRGの飛行開発契約が終了したにもかかわらず、NASAは民間企業による小規模な投資試験を継続しています。スターリングエンジン搭載のユニットは、2028年より前には飛行可能な状態にならないと予想されています。

開発

将来の宇宙ミッションの可能性に備えて、2000年に米国エネルギー省（DoE）、ロッキード・マーティン・スペース・システムズ、およびNASAグレン研究センター（GRC）のスターリング研究所[ 1 ]の共同スポンサーの下、 開発が行われました

2012年、NASAはディスカバリー12号の惑星間ミッションに太陽光発電ミッション（インサイト）を選択し、2018年の打ち上げに放射性同位元素電源システムの必要性を排除しました。

DOEは、コストが当初の予想より1億1千万ドル多い2億6千万ドル以上に上昇した後、2013年末にロッキード社との契約をキャンセルした。[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]また、残りのプログラムハードウェアを使用して、2番目のエンジニアリングユニット（テストおよび研究用）の構築とテストを行うことが決定され、2014年8月に完了フェーズで完了し、GRCに出荷されました。[ 6 ] [ 7 ] 2015年に行われたテストでは、わずか175時間の稼働後に電力変動が見られ、頻度と規模が拡大しました。[ 8 ]

NASAはまた、プルトニウム238の継続的な生産（その間、長距離探査機用の既存のMMRTGで使用される）のためのさらなる資金を必要としており、科学ミッションから資金を奪うのではなく、ASRGのキャンセルによって節約された資金をその生産に使うことを決定した。[ 7 ]

ASRGの飛行開発契約が終了したにもかかわらず、NASAは、ロッキード社が供給したユニットとアドバンスト・クーリング・テクノロジーズ社が供給した可変コンダクタンス・ヒートパイプに加えて、サンパワー社とインフィニア社が開発したスターリングコンバーター技術の試験に小規模な投資を続けている。[ 1 ] [ 9 ] スターリング技術に基づく飛行可能なユニットは2028年まで期待されていない。[ 10 ]

仕様

スターリングサイクルは、過去のミッション（バイキング、パイオニア、ボイジャー、ガリレオ、ユリシーズ、カッシーニ、ニューホライズンズ、マーズ・サイエンス・ラボラトリー、マーズ2020 ）で使用された放射性同位体熱電発電機（RTG）と比較して高い変換効率を有しており、RTGの半分の質量でPuO2燃料を4分の1に削減できるという利点がありました。RTGまたはMMRTGに必要なプルトニウムの4分の1で140ワットの電力を生成できたはずです。[ 11 ]

完成した2つのユニットの予想仕様は以下のとおりです。[ 12 ]

  • 寿命14年以上
  • 公称電力：130W
  • 質量：32kg（71ポンド）
  • システム効率: ≈ 26%
  • 二酸化プルトニウム238の総質量: 1.2 kg (2.6 lb)
  • 2つの汎用熱源（「Pu 238ブリック」）モジュールに収容されたプルトニウム
  • 寸法: 76 cm × 46 cm × 39 cm (2.5 フィート × 1.5 フィート × 1.3 フィート)

飛行提案

ASRGは、オービター、ランダー、ローバーから気球や惑星探査ボートまで、様々な乗り物に搭載できます。この発電機を使用するために提案された宇宙船は、土星最大の衛星タイタンへのTiMEボートランダーミッションで、打ち上げは2015年1月、[ 13 ] [ 14 ]または2023年[ 15 ]に予定されていました。2009年2月、NASA/ESAは、TiMEを含む可能性があったタイタン土星システムミッション（TSSM）よりも、エウロパ木星システムミッション（EJSM/Laplace）のミッションを優先すると発表しました。[ 16 ] [ 17 ] 2012年8月、TiMEは2016年のディスカバリー級の競争でも火星探査機インサイトに敗れました。[ 18 ]

ハーシェル天王星軌道偵察（HORUS）ミッションでは、天王星系の周回衛星に3基のASRGを搭載して電力を供給することが提案されていた。[ 19 ] ASRGを使用した別の天王星探査機のコンセプトとしてMUSEがあり、これはESAのLクラスミッションとニューフロンティア強化ミッションの両方として評価されている。[ 20 ]木星エウロパ周回衛星ミッションでは、木星系の周回衛星に4基のASRGを搭載して電力を供給することが提案された。もう一つの可能​​性として、火星間欠泉ホッパーが挙げられた。

2013年には、ニューフロンティア計画ミッション4で木星の衛星イオを調査するために、FIRE探査機に3機のASRGユニットを搭載して打ち上げることが提案された。[ 21 ] [ 22 ]

参照

参考文献

  1. ^ a b「スターリング研究所 / 熱エネルギー変換」 。 2014年12月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年8月12日閲覧
  2. ^ ASRGのキャンセルと将来の惑星探査の
  3. ^ ASRGプログラムの終了。著者：Casey Dreier。2014年1月23日。
  4. ^ NASAグレン研究センターによる先進スターリング放射性同位元素生成器プロジェクトへの支援。(PDF) ウィルソン、スコット・D. NASAグレン研究センター。2015年4月1日。2016年4月8日にアクセス。
  5. ^ 「グレン研究センターにおける先進スターリング放射性同位元素発生器エンジニアリングユニットの試験」（PDF） 2012年8月. 2016年5月20日閲覧。
  6. ^ 「Advanced Stirling Radioisotope Generator Engineering Unit 2 (ASRG EU 2) Final Assembly」（PDF） 2015年2月23日. 2016年5月20日閲覧。
  7. ^ a b「Lockheed Shrinking ASRG Team as Closeout Work Begins - SpaceNews.com」 2014年1月16日. 2016年8月31日閲覧。
  8. ^先進スターリング放射性同位元素発生器エンジニアリングユニット2の異常調査。NASA。エドワード・J・レワンドウスキー、マイケル・W・ドブス、サルバトーレ・M・オリティ共著。2018年3月30日発行。
  9. ^最適化されたヒートパイプバックアップ冷却システムをスターリングコンバータでテスト [ sic ]。(PDF) NASA GRC。2016年3月1日。
  10. ^ 「スターリング技術交流会議」（PDF） 。 2016年4月20日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2016年4月8日閲覧。
  11. ^ Leone, Dan (2015年3月11日). 「米国のプルトニウム備蓄は、火星2020の後も2基の核電池を確保できる」 . Space News . 2015年3月12日閲覧。
  12. ^ Reckart, Timothy A. (2015年1月22日). 「Advanced Stirling Radioisotope Generator」 .グレン研究センター. NASA. 2016年3月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年4月8日閲覧。
  13. ^ Stofan, Ellen (2009年8月25日). 「Titan Mare Explorer (TiME): The First Exploration of an Extra-Terrestrial Sea」(PDF) . 2009年10月24日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) . 2009年11月3日閲覧。
  14. ^ Titan Mare Explorer (TiME) Archived 2009-10-24 at the Wayback Machine : 地球外の海の最初の探査
  15. ^ Titan Mare Explorer: TiME for Titan . (PDF) 月惑星研究所 (2012).
  16. ^ 「NASA​​とESA、外惑星ミッションを優先」 NASA、2009年2月18日。2011年8月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年11月4日閲覧。
  17. ^リンコン、ポール（2009年2月18日）「宇宙機関の視線に木星」BBCニュース。
  18. ^ Vastag, Brian (2012年8月20日). 「NASA​​、2016年にロボットドリルを火星に送る」ワシントン・ポスト.
  19. ^ Smith, RM; Yozwiak, AW; Lederer, AP; Turtle, EP (2010). 「HORUS—Herschel Orbital Reconnaissance of the Uranian System」.第41回月惑星科学会議(1533): 2471.書誌コード: 2010LPI....41.2471S .
  20. ^天王星探査のための新たなフロンティアミッション構想(PDF)。第45回月惑星科学会議。大学宇宙研究協会。2014年3月17日。 2022年3月3日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) 。 2022年10月28日閲覧。
  21. ^イオへのフライバイと繰り返し遭遇：イオへのニューフロンティアミッションの概念設計。テリー・アン・スアー、セバスティアーノ・パドヴァン、ジェニファー・L・ウィッテン、ロス・W・K・ポッター、スヴェトラーナ・シュコリヤール、モーガン・ケーブル、キャサリン・ウォーカー、ジェイミー・サレイ、チャールズ・パーカー、ジョン・カンバーズ、ダイアナ・ジェントリー、タニヤ・ハリソン、シャンタヌ・ナイドゥ、ハロルド・J・トラメル、ジェイソン・ライミュラー、チャールズ・J・バドニー、レスリー・L・ロウズ。宇宙研究の進歩、第60巻、第5号、2017年9月1日、1080-1100ページ。
  22. ^イオへのフライバイと繰り返し遭遇（FIRE）：太陽系の最も内側の火山体の研究を目的とした新領域探査ミッション。（PDF）RWK Potter、ML Cable、J. Cum-bers、DM Gentry、TN Harrison、S. Naidu、S. Padovan6、CW Parker、J. Reimuller、S. Shkolyar、TA. Su-er、JR Szalay、HJ Trammell、CC Walker、JL Whitten、CJ Budney。第44回月惑星科学会議（2013年）。
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