LONDON (IT BOLTWISE) – NASA hat einen bedeutenden Fortschritt in der Energieversorgung von autonomen Sensoren für Weltraummissionen erzielt. Durch die Entwicklung eines winzigen, tritiumbetriebenen Generators, der in extremen und sonnenlichtarmen Umgebungen kontinuierlich Energie liefert, wird die Erkundung des Mondes und des tiefen Weltraums erheblich vorangetrieben.
Die Herausforderung, autonome Instrumente in unwirtlichen und schwer zugänglichen Umgebungen mit Energie zu versorgen, ist eine der größten Hürden der Weltraumforschung. Traditionelle Batterien entladen sich schnell, und Solarpanels sind in staubigen, dunklen oder verdeckten Bereichen oft unbrauchbar. Hier setzt die neue Technologie von NASA an, die auf der natürlichen Zerfallsenergie von Tritium basiert.
Der von NASA entwickelte Prototyp eines Tritium-Betavoltaik-Generators ist kompakt und leicht, was ihn ideal für den Einsatz in den permanent beschatteten Regionen des Mondes macht, wo Solarenergie keine Option ist. Diese Technologie könnte auch auf anderen Himmelskörpern wie Europa, einem der Jupitermonde, eingesetzt werden, um wissenschaftliche Instrumente über Jahre hinweg ohne Wartung zu betreiben.
Die Funktionsweise des Generators basiert auf der Umwandlung von Beta-Zerfall in elektrische Energie. Tritium, ein niederenergetischer Beta-Strahler mit einer Halbwertszeit von 12,3 Jahren, liefert über lange Zeiträume hinweg eine konstante Energieausgabe. Trotz der bisherigen Herausforderungen in der Effizienz und Abschirmung dieser Technologie hat NASA durch Fortschritte in der Material- und Mikrostrukturierung diese Hürden überwunden.
Der Prototyp misst nur fünf Zentimeter im Durchmesser und wiegt wenige Gramm. Im Inneren befindet sich eine versiegelte Einheit mit Tritium-Metallhydrid, die die radioaktive Substanz sicher enthält und gleichzeitig die emittierten Betateilchen zu einer speziell entwickelten Halbleiterverbindung leitet, die die Strahlung in Elektrizität umwandelt.
Um die Effizienz zu maximieren, hat das Team Dünnschicht-Halbleitertechnologien eingesetzt, die eine ultraleichte, mehrschichtige Struktur schaffen, die die Ladungserzeugung und Energieaufnahme verbessert. Diese Struktur wurde optimiert, um eine effektive Durchdringung der Betateilchen zu ermöglichen und die für die Stromerzeugung notwendigen Elektron-Loch-Paare zu erzeugen.
Die Tests unter simulierten Mondbedingungen waren vielversprechend. Die Tritium-Geräte erzeugten konstant zwischen 1 und 10 Mikrowatt Leistung, ausreichend für energiearme Sensoren und drahtlose Kommunikation. Die durch den radioaktiven Zerfall erzeugte Wärme stabilisierte zudem die internen Temperaturen, was in der kalten Vakuumumgebung des Weltraums von Vorteil ist.
Diese Entwicklung bietet eine zuverlässige Alternative zu Batterien und Solarpanels für die nächste Generation der Weltraumforschung. Die Fähigkeit, in völliger Dunkelheit zu arbeiten, brutale Bedingungen zu überstehen und über Jahre hinweg ohne externe Eingriffe zu funktionieren, eröffnet neue Möglichkeiten für autonome wissenschaftliche Instrumente.
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