بطارية النظائر المشعة متعددة المهام

تعتبر بطارية النظائر المشعة متعددة المهام (بالإنكليزية: Multi-mission radioisotope thermoelectric generator)، وتُختصر إلى MMRTG، أحد أنواع بطاريات النظائر المشعة (RTG) التي طُورت لتستخدم في المهمات الفضائية لوكالة ناسا، مثل مختبر علوم المريخ (MSL)، وتخضع هذه البطاريات لسلطة مكتب أنظمة الفضاء والدفاع التابع لوزارة الطاقة الأمريكية ضمن مكتب الطاقة النووية. طُورت هذه البطاريات بواسطة فريق صناعي من شركتي إيروجيت روكيتداين وتيليداين لأنظمة الطاقة.[1]

خلفية

[عدل]

تحتاج البعثات الاستكشافية للفضاء إلى أنظمة طاقة آمنة، واعتمادية، وطويلة الأمد حتى توفر الطاقة الكهربائية والحرارية للمركبة الفضائية وأجهزتها العلمية.[2] وتعتبر بطاريات النظائر المشعة مصدرًا ذا قدرة فريدة على توليد الطاقة، إذ إنها بطاريات نووية قادرة على تحويل الحرارة إلى كهرباء بكفاءة. استُخدمت طاقة النظائر المشعة في ثماني مهمات مدارية حول الأرض، وثماني مهمات إلى الكواكب الخارجية، وفي بعثات أبولو بعد بعثة أبولو 11 إلى قمر كوكب الأرض. وتضم مهمات المجموعة الشمسية الخارجية المهمات بيونير 10 و11، وفوياجر 1 و2، ويوليوس، وغاليليو، وكاسيني، ونيو هورايزونز. تعمل بطاريات النظائر المشعة على متن مركبتي الفضاء؛ فوياجر 1، وفوياجر 2، منذ عام 1977. وإجمالًا، أُطلقت 26 مهمةً و45 بطارية نظائر مشعة، على مدار العقود الأربعة الماضية، بواسطة الولايات المتحدة.[3]

الوظيفة

[عدل]

تحول مزدوجات الحالة الصلبة الكهروحرارية الحرارة الناتجة عن التحلل الطبيعي للنظير المشع، ثاني أكسيد البلوتونيوم 238، إلى طاقة كهربائية.[4] وبخلاف الخلايا الشمسية، لا تعتمد بطاريات النظائر المشعة على الشمس، وبالتالي يمكن استخدامها في مهام الفضاء العميق.

تاريخ

[عدل]

في يونيو 2003، منحت وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) عقد تطوير بطاريات النظائر المشعة متعددة المهام إلى فريق بقيادة شركة إيروجيت روكيتداين. تعاونت إيروجيت روكيتداين مع شركة تيليداين لأنظمة الطاقة في وضع التصميم التصوري لبطاريات النظائر المشعة متعددة المهام القائم على أحد تصاميم المحولات الكهروحرارية السابقة، سناب 19، والمُطور بواسطة شركة تيليداين ليستخدم في البعثات الفضائية الاستكشافية السابقة. استُخدم سناب 19 في المهمتين بيونير 10، وبيونير 11 بالإضافة إلى مركبات الهبوط فايكينغ 1 وفايكينغ 2.[5]

التصميم والمواصفات

[عدل]

زُودت بطاريات النظائر المشعة متعددة المهام بثماني وحدات من نوع المصدر الحراري متعدد الأغراض (GPHS) القائم على ثاني أكسيد البلوتونيوم 238، من خلال وزارة الطاقة الأمريكية. وفي بداية عملها، تولد هذه الوحدات الثماني نحو 2 كيلوواط من الطاقة الحرارية.

يضم تصميم بطاريات النظائر المشعة متعددة المهام مزدوجات كهروحراريةً من نوع PbTe/TAGS، من شركة تيليداين لأنظمة الطاقة، وتضم مادة TAGS كلًا من التيليريوم (Te)، والفضة (Ag)، والجرمانيوم (Ge)، والأنتيمون (Sb). صُممت بطاريات النظائر المشعة متعددة المهام لإنتاج 125 واط من الطاقة الكهربائية في بداية المهمة، لتتناقص حتى تصل إلى 100 واط فقط بعد 14 سنةً. تنتج بطارية النظائر المشعة متعددة المهام، بكتلة 45 كيلوغرامًا، طاقةً كهربائيةً بمعدل 2.8 واط لكل كيلوغرام في بداية عملها.[6]

يعتبر تصميم بطاريات النظائر المشعة متعددة المهام قادرًا على العمل في الفراغ الفضائي وأغلفة الكواكب الجوية، مثل سطح كوكب المريخ. وتضمنت أهداف تصميم بطاريات النظائر المشعة متعددة المهام ضمان درجة عالية من الأمان، وتحسين مستويات الطاقة على مدار فترة عمل لا تقل عن 14 عامًا، مع خفض الكتلة قدر الإمكان.

الاستخدام في المهام الفضائية

[عدل]

تَستخدم مركبة مختبر علوم المريخ الجوالة، كيوريوسيتي، والتي هبطت بنجاح على فوهة غيل يوم 6 أغسطس 2012، بطاريةً نظائر مشعة متعددة المهام لإنتاج الحرارة والكهرباء لمكوناتها وأجهزتها العلمية. ستسمح هذه الطاقة الاعتمادية الناتجة عن هذه البطارية بعمل المركبة لمدة عدة أعوام.

في يوم 20 فبراير 2015، صرح أحد مسؤولي وكالة ناسا عن وجود كمية متاحة من البلوتونيوم لوكالة ناسا تكفي لاستخدامها في ثلاث بطاريات نظائر مشعة متعددة المهام مثل البطارية المستخدمة في مركبة كيوريوسيتي روفر الجوالة. خًصصت إحدى هذه البطاريات الثلاث في مركبة مارس 2020 الجوالة. ولم تخصص ناسا البطاريتين الأخريين لأي مهمات أو برامج أخرى، ويمكن أن تكون هاتان البطاريتان متاحتين في أواخر عام 2021.[7][8]

أُطلقت إحدى بطاريات النظائر المشعة متعددة المهام بنجاح إلى المدار في يوم 30 يوليو 2020 على متن مهمة مارس 2020. كانت البطارية المستخدمة في هذه المهمة من طراز إف 2، وطُورت بواسطة وزارة الطاقة الأمريكية بفترة عمل تشغيلية تصل إلى 14 عامًا.[9]

ستستخدم مهمة دراغون فلاي القادمة التابعة لوكالة ناسا إلى قمر كوكب زحل، تيتان، بطارية نظائر مشعة متعددة المهام.[10] وستُستخدم بطارية النظائر المشعة متعددة المهام في شحن مجموعة من بطاريات أيون الليثيوم، ثم سيُستخدم هذا الإمداد المرتفع من كثافة الطاقة في تحليق مروحية رباعية لتقوم بقفزات قصيرة فوق سطح القمر تيتان.[11]

التكلفة

[عدل]

تُقدر تكلفة صناعة بطارية النظائر المشعة متعددة المهام بنحو 109,000,000 دولار أمريكي، وتُقدر تكلفة الأبحاث والتطوير الخاصة بهذه البطارية بنحو 83,000,000 دولار أمريكي. وللمقارنة، وصلت تكلفة إنتاج وتشغيل بطاريات النظائر المشعة من نوع GPHS-RTG إلى 118,000,000 دولار أمريكي تقريبًا.[12]

المراجع

[عدل]
  1. ^ "Radioisotope Power Systems for Space Exploration" (PDF). مارس 2011. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2020-10-16. اطلع عليه بتاريخ 2015-03-13.
  2. ^ Bechtel، Ryan. "Radioisotope Missions" (PDF). US Department of Energy. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2012-02-01.
  3. ^ قالب:NASA (pdf) October 2013
  4. ^ SNAP-19: Pioneer F & G, Final Report, Teledyne Isotopes, 1973 نسخة محفوظة 1 أبريل 2018 على موقع واي باك مشين.
  5. ^ "Archived copy" (PDF). مؤرشف من الأصل (PDF) في 2011-12-16. اطلع عليه بتاريخ 2011-11-21.{{استشهاد ويب}}: صيانة الاستشهاد: الأرشيف كعنوان (link)
  6. ^ http://pdf.aiaa.org/preview/CDReadyMIECEC06_1309/PV2006_4187.pdf نسخة محفوظة 2012-08-09 على موقع واي باك مشين.
  7. ^ Leone، Dan (11 مارس 2015). "U.S. Plutonium Stockpile Good for Two More Nuclear Batteries after Mars 2020". Space News. مؤرشف من الأصل في 2023-06-03. اطلع عليه بتاريخ 2015-03-12.
  8. ^ Moore، Trent (12 مارس 2015). "NASA can only make three more batteries like the one that powers the Mars rover". Blastr. مؤرشف من الأصل في 2016-03-04. اطلع عليه بتاريخ 2015-03-13.
  9. ^ "US DOE delivers power system for NASA Mars launch". Nuclear Engineering International. Nuclear Engineering International. 12 يونيو 2020. مؤرشف من الأصل في 2020-12-16. اطلع عليه بتاريخ 2020-10-28.
  10. ^ ""Dragonfly: NASA's Newest Nuclear Powered Spacecraft"". Beyond NERVA. 9 يوليو 2019. مؤرشف من الأصل في 2020-10-31. اطلع عليه بتاريخ 2020-10-28.
  11. ^ قالب:NASA (pdf) May 2020
  12. ^ "Cost Comparison in 2015 Dollars for Radioisotope Power Systems -- Cassini and Mars Science Laboratory". يوليو 2016. مؤرشف من الأصل في 2020-11-04. اطلع عليه بتاريخ 2020-07-30.