Wie können sie so sicher sein, dass Dragonfly „erfriert“, anstatt einfach (und schließlich) die RTG-Energie zu verlieren? (238Pu-Zerfall)

tl;dr: "...wird wahrscheinlich erfrieren...bevor der Strom ausgeht..." Wenn die Macht ihn vor dem Einfrieren bewahrt und ihm nicht der Strom ausgeht, warum sollte er dann erfrieren? ?

Der NASA-Rover Perseverance von Space.com ist das erste Raumschiff seit Jahren, das frisches US-Plutonium transportiert. Es wird nicht das letzte sein. enthält folgenden Passus:

Wenn Sie also ein Raumschiff zu den Riesenplaneten unseres Sonnensystems und darüber hinaus oder zu anderen dunklen Orten wie den dauerhaft dunklen Regionen tief in Kratern in der Nähe der Mondpole schicken möchten, werden Sie wahrscheinlich Atomkraft wollen. Bei dieser Vorliebe geht es nicht nur um Sonnenlicht; Atomkraft hilft Raumfahrzeugen auch dabei, Bedrohungen wie niedrigen Temperaturen und hoher Strahlung zu begegnen.

"Es ermöglicht uns, zu erkunden, wo das Sonnenlicht nicht hinkommt, aber es ermöglicht uns auch, raue Umgebungen zu erkunden, und das liegt daran, dass wir unsere Wärme mitnehmen können", sagt June Zakrajsek, Programmmanagerin für Radioisotope Power Systems (RPS) für die NASA am Glenn Research Center in Ohio, sagte Space.com. "Es sind die Zuverlässigkeit und solche Faktoren, die für unsere Missionen wirklich wichtig sind, und wir könnten einige der Missionen nicht ohne sie durchführen."

Das nächste plutoniumbetriebene Raumschiff der NASA wird die Dragonfly-Hubschraubermission sein, die 2027 zum seltsamen Saturnmond Titan startet, der laut NASA etwa 1% des Sonnenlichts erhält, das die Erde erhält. Aufgrund der Kernenergiequelle von Dragonfly wird das Raumschiff wahrscheinlich in der Landschaft aus flüssigem Methan und hoch aufragenden Wassereisklippen erfrieren, lange bevor ihm die Energie ausgeht, sagte Zakrajsek.

Frage: Warum würde Dragonfly überhaupt erfrieren ? Alle Missionen gehen zu Ende und aus irgendeinem Grund geht etwas kaputt oder Sonnenkollektoren werden mit Staub bedeckt oder das Geld geht aus und Administratoren ziehen den Stecker, aber von einem NASA-Programmmanager klingt das so unglaublich sicher. Gibt es einen Plan, es absichtlich "einzufrieren"?

Wie Russells Kommentar unten: Jedes Mal, wenn Power_In < Power_Out ist, wird das System trotz des Vorhandenseins von "etwas" Strom kälter. Das liegt jedoch kaum daran , dass die Quelle nuklear ist! Ich glaube, er meint, wenn die Solarenergie ausreichen würde, würde das System niemals einfrieren.
Seltsam. Wie Wikipedia sagt: „Thermoelektrische Module sind zwar sehr zuverlässig und langlebig, aber sehr ineffizient; Wirkungsgrade über 10 % wurden nie erreicht und die meisten RTGs haben Wirkungsgrade zwischen 3–7 %“. Man würde also erwarten, dass ein alter RTG auch dann noch als Heizung funktioniert, wenn seine elektrische Leistung nicht mehr nützlich ist. OTOH, die Kälte von Titan hilft dem Thermoelement wegen des großen Temperaturunterschieds, stellt aber auch große Anforderungen an die Heizfunktion.

Antworten (2)

Das RTG erzeugt Wärme, die bei Missionen an kalten Orten auf zwei Arten genutzt wird: durch Thermoelemente zur Stromerzeugung und durch Abwärme. Ein Teil der Abwärme wird durch Kühlmittelkreisläufe oder Wärmerohre geleitet, um die Dinge warm zu halten; der Überschuss wird abgestrahlt. Mit dem Strom können auch Heizungen betrieben werden. Wenn das RTG altert und das darin enthaltene Plutonium zerfällt, erzeugt es weniger Wärme und damit sowohl weniger Abwärme als auch weniger Strom. Schließlich erzeugt das RTG nicht genug von den beiden, um seine kritischen Komponenten warm zu halten, und etwas geht kaputt.

Hier ist ein Bild des RTG für Mars 2020, das die Wärmerohre zeigt:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Im Wesentlichen eine Kernbatterie, nutzt ein MMRTG die Wärme aus dem natürlichen radioaktiven Zerfall von Plutonium-238, um zu Beginn einer Mission etwa 110 Watt Strom zu erzeugen. Neben der Erzeugung nützlicher elektrischer Energie erzeugt das MMRTG Wärme. Ein Teil dieser Wärme kann verwendet werden, um die Systeme des Rovers in der eisigen Kälte des Weltraums und auf der Marsoberfläche auf der richtigen Betriebstemperatur zu halten. Ein Teil davon wird über das Heat Rejection System des Rovers in den Weltraum geleitet.

Die goldfarbenen Schläuche an den Wärmetauschern sind Teil der Kühlkreisläufe dieses Systems. Die Rohre führen ein flüssiges Kühlmittel namens Trichlorfluormethan (CFC-11), das hilft, die überschüssige Wärme abzuleiten. Dieselben Rohre werden verwendet, um einen Teil der Wärme zurück in den Bauch des Rovers zu leiten.

Quelle: Power for Mars 2020, 24. Juli 2019 , NASA

Danke für deine Antwort! Können Sie sich etwas mehr auf die Bedeutung von "wird wahrscheinlich erfrieren ... bevor ihm die Energie ausgeht" konzentrieren. Wenn die Macht es vor dem Erfrieren bewahrt und ihm die Kraft nicht ausgegangen ist, warum sollte es dann erfrieren? Danke!
@uhoh Ich habe die wahre Bedeutung Ihrer Frage nicht verstanden, als ich antwortete. OK. Ich denke, jemand bei space.com zitiert Zakrajsek wirklich falsch, oder sein Versuch, etwas Technisches herunterzuspielen, führte zu einem groben Missverständnis. Aber ich weiß es nicht. Sorry für die Nichtantwort.
Es ist sicherlich eine Teilantwort , danke! Ich werde am Anfang der Frage basierend auf Ihrem Feedback eine Klarstellung vornehmen.
Sie können auch erwägen, die wichtigsten Punkte Ihres Kommentars einfach wieder in Ihre Antwort aufzunehmen. Es wird hier nicht das erste Mal sein, dass eine Antwort eine „Der Artikel ist falsch“-Passage enthält. :-)
Ich gehe davon aus, dass "bevor der Strom ausgeht" bedeutet, "bevor die erzeugte Strommenge dauerhaft unter den minimalen Strombedarf fällt", nicht "bevor der Strom null wird".

Das Problem dabei ist, dass Sie eine nukleare „Batterie“ mit einer konventionellen Batterie vergleichen. Eine herkömmliche Batterie, aus der Sie Strom mit beliebiger Geschwindigkeit entnehmen (bis zu einer gewissen Grenze, die auf der Batterie basiert), bis sie leer ist, dann produziert sie nichts.

Nukleare "Batterien" sind jedoch ein ganz anderes Tier. Sie sind eigentlich Generatoren, keine Batterien und liefern einfach Strom mit einer festen (wenn auch langsam abnehmenden) Rate. Du kannst sie nicht herunterfahren, das tut nur die Zeit. So ist es durchaus möglich, dass ein Raumschiff erfriert (die Kälte bekommt etwas Lebenswichtiges), während der Generator noch einwandfrei funktioniert.

Es ist auch möglich, dass ein Raumschiff "stirbt", weil die verfügbare Leistung zu gering ist, um irgendetwas zu tun. Die Voyager-Sonden sind nicht allzu weit von diesem Schicksal entfernt.

Ich verstehe, wenn also 30 Watt benötigt werden, um zu verhindern, dass die Flugbatterien über Nacht einfrieren und dauerhaft beschädigt werden, aber nur 20 Watt, um ansonsten am Leben zu bleiben und die Batterien für einen gelegentlichen kurzen Flug aufzuladen, dann friert sie vor dem Laufen zu Tode ausser Kraft zum Betrieb. Während meine Zahlen willkürlich sind, kann sich das Zitat auf eine solche Ungleichung beziehen?
@uhoh Das wäre mein Gedanke. Raumfahrzeuge sterben, wenn ihre verfügbare Leistung unter die Last des schlimmsten Falls fällt. Wir haben das bei Spirit and Opportunity gesehen – es war immer ein Wagnis, ob sie den Marswinter überleben konnten, aber als es wieder wärmer wurde, wachten sie auf, bis die Zeit kam, wo sie nicht genug bekommen konnten und zerstört wurden. Ein nuklearbetriebenes Fahrzeug wird nicht an einem Mangel an Sonnenlicht sterben, aber das Energieproblem ist das gleiche.
Wie können sie so sicher sein, dass Dragonfly „erfriert“, anstatt einfach (und schließlich) die RTG-Energie zu verlieren? (238Pu-Zerfall)
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