Kas maitina erdvėlaivius, esančius taip toli nuo Saulės?
Trumpas atsakymas: Toli nuo Saulės dauguma erdvėlaivių elektrai gaminti naudoja radioaktyviųjų medžiagų šilumą. Tai daroma naudojant radioizotopines energijos sistemas, kurios skilimo šilumą paverčia elektros energija, kad galėtų veikti elektronika ir prietaisai.
Išsamesnis paaiškinimas
Toli nuo Saulės saulės šviesa labai silpna, todėl saulės baterijos pagamina per mažai energijos. Vietoj to, daugelis tolimojo kosmoso zondų turi radioizotopines energijos sistemas. Jose yra radioaktyvus kuras (pvz., plutonis-238), kuris skyldamas išskiria šilumą.
Mažyčiai prietaisai, vadinami termoelektriniais generatoriais, paverčia šią šilumą elektra, naudodami Seebecko efektą (kai temperatūrų skirtumas sukuria įtampą). Šios sistemos taip pat palaiko prietaisų šilumą šaltame kosmose. Kai kuriose misijose buvo naudojami maži branduoliniai reaktoriai, siekiant didesnio energijos kiekio, tačiau tokie yra reti.
Trumpalaikiai poreikiai tenkinami baterijomis, o varikliai gali naudoti kaupiamą cheminį kurą arba elektra varomus jonų variklius, varomus ta elektra.
Už to slypintis mokslas
Įvardyti dėsniai / principai: Efekto/dėsnio pavadinimas: Radioaktyvusis skilimas ir Seebecko efektas (termoelektrinė konversija).
Radioaktyvieji izotopai natūraliai laikui bėgant skyla ir išskiria šilumą. Radioizotopiniuose termoelektriniuose generatoriuose (RTG) ši šiluma teka per termoporas – skirtingų metalų arba puslaidininkių poras. Temperatūros skirtumas sukuria nedidelę įtampą dėl Seebecko efekto, ir daugelis termoporų kartu gamina pastovią elektros energiją.
RTG yra paprasti ir patikimi, nes neturi judančių dalių ir gamina energiją dešimtmečius, o tai lemia izotopo pusėjimo trukmė (pavyzdžiui, plutonio-238 pusėjimo trukmė yra apie 87,7 metų). Kai kuriuose erdvėlaiviuose buvo naudojami maži dalijimosi reaktoriai, kurie skaido atominius branduolius, kad išskirtų didesnį šilumos kiekį, kuris paverčiamas elektra.
Kaip mes tai žinome: NASA ir kitos kosmoso agentūros atliko RTG varomus misijas (pavyzdžiui, „Voyager“, „Cassini“, „New Horizons“ ir marsaeigis „Curiosity“ naudojo radioizotopines sistemas). Mokslininkai testuoja termoelektrines medžiagas ir matuoja skilimo šilumą Žemėje, kad numatytų, kiek laiko ir kiek energijos sistema gamins.
Pamatyk tai gyvenime
- „Voyager 1“ ir „Voyager 2“: tolimojo kosmoso zondai, varomi RTG
- „New Horizons“: Plutono ir Kuiperio juostos zondas, varomas RTG
- „Cassini“: Saturno orbitinis zondas, varomas RTG
- „Curiosity“ marsaeigis (Marsas): elektros ir šilumos tiekimui naudoja daugiamisijų RTG
Išbandyk pats
Maža termoelementas: priverskite šilumą sukurti mažą įtampą
Sauga: Būkite atsargūs su karštu vandeniu arba šilta žvake; paprašykite suaugusiojo pagalbos.
Priemonės
- mažas termoelektrinis modulis arba termoelemento jutiklis
- multimetras
- puodelis šilto vandens
- puodelis šalto vandens
Žingsniai
- Prijunkite termoelementą arba termoelektrinį modulį prie multimetro rinkinio, skirto milivoltams matuoti.
- Vieną jutiklio pusę trumpam panardinkite į šiltą vandenį, o kitą – į šaltą vandenį.
- Stebėkite multimetrą, ar neatsiranda mažas įtampos rodmuo, kai atsiranda temperatūros skirtumas.
- Sukeiskite, kad kita pusė būtų šilta, ir atkreipkite dėmesį į įtampos pokytį. Ką tai rodo: Temperatūros skirtumas gali sukurti mažą įtampą – ta pati pagrindinė idėja, naudojama RTG, kad šiluma būtų paversta elektra.
Žodynėlis
- RTG: Radioizotopinis termoelektrinis generatorius, kuris radioaktyvaus skilimo metu susidarančią šilumą paverčia elektra.
- Radioaktyvusis skilimas: Procesas, kurio metu nestabilūs atomai išskiria energiją, virsdami stabilesniais atomais.
- Seebecko efektas: Fizinis reiškinys, kai temperatūrų skirtumas tarp dviejų skirtingų laidininkų sukuria elektros įtampą.
- Pusėjimo trukmė: Laikas, per kurį pusė radioaktyvaus mėginio suyra į kitą formą.
DUK
Ar RTG gali išsikrauti energija?
Taip. Galia pamažu mažėja, nes radioaktyvus kuras skyla, tačiau daugelis RTG tarnauja dešimtmečius.
Ar RTG saugu naudoti kosmose?
RTG yra pagaminti su stipriu ekranavimu ir išbandyti, kad atlaikytų avarijas; jie yra skirti kurui laikyti sandariai.
Kodėl ne visada naudojami maži branduoliniai reaktoriai?
Reaktoriai suteikia daugiau galios, bet yra sunkesni, sudėtingesni ir naudojami tik tada, kai misijoms reikia daug elektros energijos.
Ar saulės baterijos gali veikti toli nuo Saulės?
Saulės baterijos gali veikti iki Jupiterio ir šiek tiek toliau, jei jos yra labai didelės, tačiau išorinėje Saulės sistemoje jos tampa nepraktiškai didelės.