CLEVELAND / LONDON (IT BOLTWISE) – NASA hat kürzlich einen bedeutenden Schritt in der Entwicklung von Energiequellen für die Raumfahrt gemacht. In Zusammenarbeit mit der Universität Leicester testet die US-amerikanische Raumfahrtbehörde einen neuen Brennstoff für Radioisotopen-Stromsysteme, der für zukünftige Missionen in extremen Umgebungen genutzt werden könnte.
Die Erkundung des tiefen Weltraums erfordert zuverlässige Energiequellen, die über viele Jahre hinweg konstant Strom liefern können. Seit über 60 Jahren setzt die NASA auf Radioisotopen-Stromsysteme (RPS), die durch den Zerfall von radioaktiven Isotopen Wärme erzeugen. Diese Systeme haben sich bei Missionen wie den Voyager-Sonden und dem Perseverance-Rover auf dem Mars bewährt. Nun testet die NASA eine neue Art von Brennstoff, der für zukünftige Langzeitmissionen in extremen Umgebungen eingesetzt werden könnte.
Bisher war Plutonium-238 der bevorzugte Brennstoff für RPS. Doch in Europa wird seit zwei Jahrzehnten auch Americium-241 als vielversprechende Alternative betrachtet. Im Januar haben das Thermal Energy Conversion Branch des Glenn Research Centers der NASA in Cleveland und die Universität Leicester in Großbritannien eine Partnerschaft geschlossen, um diese Option zu testen.
Ein innovativer Ansatz zur Stromerzeugung aus radioisotopen Wärmequellen ist der freie Kolben-Stirling-Konverter. Dieser Wärmekraftmotor wandelt thermische Energie in elektrische Energie um, ohne dass ein Kurbelwellenmechanismus erforderlich ist. Die Kolben bewegen sich frei und verschleißfrei im Motor, was eine kontinuierliche Betriebsdauer von mehreren Jahrzehnten ermöglicht. Dies könnte die Energieeffizienz erhöhen und die Erkundungsdauer im Weltraum verlängern.
Die Universität Leicester, die seit über 15 Jahren führend in der Entwicklung von Americium-RPS und Heizeinheiten ist, hat gemeinsam mit der NASA die Fähigkeiten eines Stirling-Generators getestet, der von zwei elektrisch beheizten Americium-241-Wärmequellsimulatoren angetrieben wird. Der Simulator entspricht in Größe und Form der echten Americium-241-Wärmequelle, verwendet jedoch elektrische Heizelemente, um die Wärme des Americium-Zerfalls zu simulieren.
Ein bemerkenswertes Merkmal dieses Testdesigns ist seine Fähigkeit, einen Ausfall des Stirling-Konverters zu überstehen, ohne dass die Stromversorgung unterbrochen wird. Diese Robustheit und Zuverlässigkeit wurde erfolgreich demonstriert und unterstreicht das Potenzial eines Americium-Radioisotop-Stirling-Generators für zukünftige Raumfahrtmissionen, die über viele Jahrzehnte betrieben werden könnten.
Die Tests haben die Machbarkeit eines mit Americium betriebenen Stirling-RPS bewiesen, und die Leistungs- und Effizienzziele wurden erfolgreich erreicht. Als nächstes plant das Glenn-Team, eine leichtere und präzisere Version des Teststands zu entwickeln, die weiteren Umweltprüfungen unterzogen wird. Die bisherigen Ergebnisse stimmen die Forscher optimistisch, dass sie diesen Erfolg auch in Zukunft fortsetzen können.
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