Radionuklid-Heizelement

Schnittbild durch ein RHU-Heizelement
Bestandteile einer RHU, als Vergleichsgröße dient eine US 1-Cent-Münze.

Radionuklid-Heizelemente oder RHU (radioisope heater unit im Englischen) werden in der Raumfahrt verwendet und liefern durch den Zerfall einer kleinen Menge eines Radionuklids Wärme zur Beheizung kälteempfindlicher Teile einer Raumsonde, eines Landers oder eines Rovers.

Abgrenzung zu Radionuklidbatterien

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Im Gegensatz zu Radionuklidbatterien, die primär zur Stromerzeugung verwendet werden, steht bei Heizelementen die Zerfallswärme durch Radioaktivität im Vordergrund. Damit werden empfindliche Ausrüstungsgegenstände (z. B. Elektronik) in Raumflugkörpern geheizt. Radionuklidbatterien haben einen geringen Wirkungsgrad bei der Umwandlung der Zerfallswärme in Elektrizität, der nicht umgewandelte Teil der Leistung kann aber auch zum Heizen genutzt werden.

Aufbau

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Je nach Missionslänge, Wärmebedarf und anderer Kriterien ist die Verwendung verschiedener Radioisotope möglich. Die von den Vereinigten Staaten hergestellten RHU (Radioisotope Heater Unit) enthalten jeweils ein Pellet aus 2,7 g Plutoniumdioxid. Dieser „Brennstoff“ ist von einer Hülle aus einer Platin-Rhodium-Legierung umgeben, die sich in einer Isolierung aus Graphit und diese wiederum in einem Hitzeschild aus demselben Material befindet. Die Gesamtmasse eines einzelnen RHU, einschließlich Abschirmung, beträgt ungefähr 40 Gramm. Eine RHU ist 3,2 cm lang und hat 2,6 cm Durchmesser, die Wärmeleistung beträgt 1 Watt.[1]

Verwendung

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Im kalten äußeren Sonnensystem verwenden Raumsonden und Lander oft an kälteempfindlichen Stellen Radionuklid-Heizelemente, selbst wenn sie ihre elektrische Energie aus RTGs beziehen. Bei batteriebetriebenen Eintauch- und Landerkapseln im äußeren Sonnensystem ist die Verwendung von Radionuklid-Heizelementen bisher Standard, um ein Auskühlen zu verhindern. Der Batteriestrom dieser Kapseln reicht nämlich nur für die relativ kurze Messphase. Im inneren Sonnensystem nutzen Lander und Rover auf Planeten und Monden Radionuklid-Heizelemente, um bei fehlender Sonneneinstrahlung nicht auszukühlen, selbst wenn sie tagsüber ihre Energie aus Solarzellen beziehen. Akkusysteme für das Speichern der Energie zur Beheizung während der Nacht sind oft zu schwer.

Die sowjetischen Lunochod-Mondrover verwendeten Heizelemente mit Polonium 210Po.[2] Die amerikanischen Marsrover und Sonden verwenden dagegen Plutonium 238Pu in ihren Heizelementen, ebenso der chinesische Rover Yutu des Chang’e-3 Mondlanders, um während der 14-tägigen Mondnacht nicht auszukühlen.[3]

Weltraumanwendungen von Radionuklid-Heizelementen[3][4][5]
Startjahr Name Mission Anzahl Radioisotop
1969 15 Watt RHU EASEP 2 238Pu
1970 V3-R70-4 Lunochod 1 ? 210Po
1972 RHU Pioneer 10 12 238Pu
1973 V3-R70-4 Lunochod 2 ? 210Po
1973 RHU Pioneer 11 12 238Pu
1977 RHU Voyager 1 9 238Pu
1977 RHU Voyager 2 9 238Pu
1989 RHU Galileo Orbiter 103 238Pu
1989 RHU Galileo-Probe 17 238Pu
1996 RHU Mars Pathfinder Rover 3 238Pu
1997 RHU Cassini Orbiter 82 238Pu
1997 RHU Huygens Lander 35 238Pu
2003 RHU Spirit 8 238Pu
2003 RHU Opportunity 8 238Pu
2011 RHU Mars Science Laboratory 4 238Pu
2013 ? Jadehase (Yutu) ? 238Pu
2019 RHU Jadehase 2 (Yutu 2) ?
2021 ? Perseverance Rover ?
2023 ? Luna 25 ? 238Pu
2028
(geplant) 		RHU ExoMars Rover 2 238Pu
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Commons: RHU – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

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  1. ↑ DOE: Radioisotope Heating Unit, abgerufen: 24. Mai 2012 (Memento vom 5. August 2012 im Webarchiv archive.today)
  2. ↑ http://www.bernd-leitenberger.de/luna.shtml Bernd Leitenberger: Das Luna Programm, abgerufen: 24. Mai 2012
  3. ↑ a b Günther Glatzel: Chang'e 3 auf dem Weg zum Mond. Raumfahrer.net, 1. Dezember 2013, abgerufen am 11. Oktober 2023.
  4. ↑ Gunter Krebs: Nuclear Powered Payloads. In: Gunter's Space Page. Abgerufen am 11. Oktober 2023 (englisch).
  5. ↑ NASA: Radioisotope Power Systems: Missions. Abgerufen am 11. Oktober 2023 (englisch).