Nucleaire techniek in ruimtevaart - een energiebron voor het grote avontuur
Een bijzondere toepassing van nucleaire technologie
Regelmatig loopt de mens op tegen de beperkingen van de gebruikte apparatuur. Daarom worden allerlei technieken beproefd om die beperkingen op te heffen. Ook de nucleaire technologie wordt te hulp geroepen.
Heaters
De meest voorkomende toepassing van nucleaire techniek in de ruimtevaart, is de benutting van de warmte die vrijkomt bij het radioactief verval van isotopen. Let wel, dit heeft niets te maken met kernsplijting zoals we van kernreactoren kennen!
 |
 |
|
| Panorama vanuit Pathfinder op zijn landingsplaats (l) en foto van de rover zelf (r). Zonder RHU's laten de instrumenten van Mars-Rover Pathfinder het snel afweten in de koude Mars atmosfeer. | ||
Hoe nucleaire heaters werken
RHUs genereren warmte door het natuurlijke radioactief verval van een radio-isotoop, meestal plutonium-238. Het plutonium is meestal aanwezig in de vorm van een soort tablet van plutoniumdioxide. Zie bovenstaande figuur. De tablet zit veilig ingepakt in twee omhullingen. Zie de figuur waarop de verschillende componenten los zijn afgebeeld.
Voordelen RHUs
- Zeer betrouwbare continue produktie van warmte
- Geen bewegende delen die stuk zouden kunnen gaan
- Compacte structuur, kleine afmetingen per unit (3.2 cm hoog, diameter 2.6 cm)
- Bestand tegen inwerking van straling en inslagen van meteorieten
- Warmteproduktie onafhankelijk van de afstand tot de zon (i.t.t. zonnecellen)
Het gebruik van RHUs
De vervalwarmte wordt gebruikt om kwetsbare instrumenten op temperatuur te houden,
die het in de koude ruimte (-230 °C) niet lang uit zouden houden.
De meeste electronica functioneert namelijk betrouwbaar tot slechts -55 °C.
De ontwerper van ruimtevoertuigen kan zich dankzij de RHUs concentreren op de benutting
van het schaars beschikbare elektrisch vermogen voor diverse systemen en meetinstrumenten
aan boord. Er hoeft geen kostbaar elektrisch vermogen verspild te worden aan verwarmingselementen.
Electriciteit uit vervalwarmte - RTG, Radioiosotope Thermoelectric Generator
Er is ook apparatuur die elektriciteit uit de vervalwarmte van isotopen kan opwekken, de RTGs (Radioiosotope Thermoelectric Generators). Dit is een uitkomst voor op grote afstand van de zon, zoals missies in de buurt van Saturnus. Op dat soort afstanden zijn zonnepanelen niet meer efficiënt, er is te weinig zonlicht. Heel veel accu's meenemen is geen optie, ze functioneren niet lang genoeg en de massa van een groot aantal accu's bemoeilijkt de lancering.
 Cassini in de buurt van Saturnus - artist impression. Cassini is voorzien van RTGs voor de elektriciteitsproductie. |
 |
Hoe de RTG werkt
Het principe van RTGs is al meer dan anderhalve eeuw bekend en wordt al sinds de Apollo programma's gebruikt. In een RTG worden twee verschillende soorten halfgeleider-materialen verbonden in een electrisch circuit. Eén deel van het systeem wordt warm gemaakt (door de vervalwarmte van bijvoorbeeld plutonium-238) en het andere deel wordt gekoeld door de lage temperatuur in de ruimte. In die situatie ontstaat een stroombron, die ook wel een thermokoppel wordt genoemd.
Voordelen RTGs
- Zeer betrouwbare continue produktie van elektriciteit
- Geen bewegende delen die stuk zouden kunnen gaan
- Compacte structuur, kleine afmetingen per unit
- Elektriciteitsproduktie onafhankelijk van de afstand tot de zon (i.t.t. zonnecellen)
Toepassingen RTGs
Bij vrijwel alle missies op grote afstand van de zon, waar het rendement van zonnecellen te gering is om in de noodzakelijke elektriciteitsproduktie te voorzien, worden RTGs toegepast. Vaak ziet men een combinatie van RTGs en zonnecellen op ruimtevaartuigen.
Nucleaire voortstuwing
Al in de vijftiger jaren van de vorige eeuw werd nagedacht en gewerkt aan toepassingen
van nucleaire technologie in de ruimtevaart. Hierbij werd gedacht aan nucleaire
voortstuwing van ruimtevaartuigen, maar de echt gerealiseerde toepassingen
van nucleaire technologie zijn wat bescheidener van opzet.
Lees hierover meer...