Dzięki energii jądrowej satelita New Horizons zrobiła zdjęcie planetoidy Ultima Thule
Odniesienie spektakularnego sukcesu, jakim było przesłanie zdjęcia planetoidy Ultima Thule, najdalej wysuniętego zbadanego obiektu, byłoby niemożliwe bez energii jądrowej. Satelita New Horizons, który dokonał tego wyczynu jest zasilany energią pochodzącą z rozpadu promieniotwórczego izotopu plutonu.
Sonda kosmiczna New Horizons została wyniesiona w przestrzeń kosmiczną za pomocą rakiety nośnej Atlas V 551, 19 stycznia 2006 roku w ramach programu NASA New Frontiers. Celem misji było zbadanie Plutona, jego księżyca Charona oraz co najmniej jednego innego obiektu leżącego w Pasie Kuipera. W dniu 14 lipca 2015 roku satelita badawczy minął Plutona odległego o ok. 5 mld km od Ziemi.
Pierwszego stycznia 2019 r. o godzinie 5:33 UTC sonda przeleciała w pobliżu obiektu 2014 MU69 (planetoidy Ultima Thule) i przesłała pierwsze wyraźne zdjęcia najbardziej oddalonego od Ziemi ciała niebieskiego, jakie kiedykolwiek zostało zbadane. Obiekt odległy jest od Ziemi o 6,5 mld km i znajduje się w tzw. Pasie Kuipera. Pas ten składa się z licznych odłamków skalnych i lodowych o różnej wielkości, a także planetoid, pochodzących z okresu formowania się Układu Słonecznego ok. 4,5 mld lat temu.
Zdjęcie obiektu wykonane z odległości ok. 3500 km od jego powierzchni, z rozdzielczością 140 metrów na 1 piksel, zaprezentował szef misji Alan Stern. Światło słoneczne, które dociera do Ultima Thule jest 1600 razy słabsze niż na Ziemi. Ultima Thule mierzy 33 km długości i wykonuje jeden pełny obrót wokół własnej osi co ok. 15 godzin. Składa się z dwóch kulistych obiektów – większego „Ultima” i mniejszego – „Thule” połączonych przewężeniem, tworzących całość w kształcie bałwana.
Przesłanie wszystkich danych uzyskanych przez sondę potrwać ma około 20 miesięcy. Sygnały radiowe wysyłane z tak olbrzymiej odległości potrzebują ponad 6 godzin, aby dotrzeć do Ziemi. W następnej dekadzie, po korekcie kursu, sonda odwiedzi jeszcze jeden obiekt Pasa Kuipera i następnie poruszając się z prędkością 14 km/s opuści Układ Słoneczny. Przyrządy pomiarowe i badawcze zainstalowane na tym pojeździe kosmicznym zasilane są energią jądrową (do napędu i korekty kursu służą silniki rakietowe napędzane hydrazyną).
Badania kosmosu wymagają stosowania niezawodnych i działających przez wiele lat źródeł energii do zasilania urządzeń pokładowych w trakcie misji badawczych, realizowanych w przestrzeni kosmicznej i na innych planetach. Niezawodne zasilanie takich urządzeń może zagwarantować energia wyzwalana w procesie rozpadu promieniotwórczego. Obecnie stosowane baterie słoneczne wystarczają do zasilania pojazdów kosmicznych jedynie do orbity Jowisza, są one także bezużyteczne w okresie panowania nocy na badanej planecie lub księżycu, a także łatwo podlegają zanieczyszczeniu pyłem naniesionym przez wiatr. Dalsze misje oraz lądowanie na planetach wymagać będą stosowania jądrowych źródeł energii.
Jednym z takich źródeł jest radioizotopowy generator termoelektryczny (Radioisotope thermoelectric generator – RTG), w którym źródłem energii jest rozpad izotopu promieniotwórczego, a wydzielone w ten sposób ciepło zamieniane jest następnie w energię elektryczną. W generatorze RTG materiał promieniotwórczy (paliwo) jest umieszczony w pojemniku, do którego wprowadzone jest jedno złącze ogniwa termoelektrycznego (termopary). Drugie złącze termopary wprowadzone jest do czynnika chłodzącego (np. przyłączone do radiatora). Rozpad promieniotwórczy jest źródłem energii termicznej, która podgrzewa jeden koniec termopary. Różnica temperatur między złączami powoduje przepływ prądu w układzie zasilanym generatorem RTG.
W generatorach RTG stosowane są izotopy plutonu (238Pu), kiuru (244Cm) i strontu (90Sr). Poza tym używane są: 210Po, 241Am, 147Pm, 137Cs, 144Ce, 106Ru, 60Co, 242Cm oraz izotopy tulu (Tm). Spośród wymienionych najczęściej używany jest izotop pluton-2 38, ma on długi okres półrozpadu (87,7 lat), stosunkowo wysoką wydajność termiczną (0,57 W/g) i najniższe wymagania odnośnie osłon (wymaga osłony o grubości jedynie kilku mm lub wcale – wystarcza obudowa samego generatora).
Powszechnym zastosowaniem generatorów RTG jest zasilanie różnych pojazdów kosmicznych w energię elektryczną. Były one z powodzeniem stosowane niemal od początku misji kosmicznych. Zostały użyte w sondach Pioneer 10, Pioneer 11, Voyager 1, Voyager 2, Galileo, Ulysses, Cassini-Huygens, New Horizons, Viking, misjach programu Apollo 12-17 oraz zasilają pojazd Curiosity, który od 2012 bada powierzchnię Marsa (Mars Science Laboratory MSL).
Sonda New Horizons zasilana jest generatorem RTG typu GPHS (General Purpose Heat Source), który zawiera 9,75 kg tlenku plutonu-238. Na początku misji generator dostarczał energii elektrycznej o mocy około 240 W i napięciu 30 V. Jego wydajność spada ok. 3,5 W/rok. Podczas przelotu koło Jowisza generowana moc wynosiła 234 W, a podczas przelotu koło Plutona spadła do około 200 W. Obecnie wynosi ona 190 W, a zapasu plutonu wystarczy do pracy przyrządów pokładowych jeszcze do końca lat 2030.
BBC/World Nuclear News
