Generador termoeléctrico de radioisótopos multimisión

El generador termoeléctrico de radioisótopos multimisión (MMRTG) es un tipo de generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG) desarrollado para misiones espaciales de la NASA ^{[ 1 ]} , como el Laboratorio Científico de Marte (MSL), bajo la jurisdicción de la Oficina de Sistemas de Energía Espacial y de Defensa del Departamento de Energía de los Estados Unidos, dentro de la Oficina de Energía Nuclear . El MMRTG fue desarrollado por un equipo industrial de Aerojet Rocketdyne y Teledyne Energy Systems .

Las misiones de exploración espacial requieren sistemas de energía seguros, fiables y de larga duración para proporcionar electricidad y calor a las naves espaciales y sus instrumentos científicos. Una fuente de energía excepcionalmente capaz es el generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG), esencialmente una batería nuclear que convierte el calor en electricidad de forma fiable. ^{[ 2 ]} La energía radioisotópica se ha utilizado en ocho misiones en órbita terrestre, ocho misiones a los planetas exteriores y las misiones Apolo posteriores al Apolo 11 a la Luna. Las misiones al sistema solar exterior son las misiones Pioneer 10 y 11 , Voyager 1 y 2 , Ulysses , Galileo , Cassini y New Horizons . Los RTG de Voyager 1 y Voyager 2 han estado en funcionamiento desde 1977. ^{[ 3 ]} En total, durante las últimas cuatro décadas, Estados Unidos ha lanzado 26 misiones y 45 RTG.

Los pares termoeléctricos de estado sólido convierten el calor producido por la desintegración natural del radioisótopo plutonio-238 en electricidad . ^{[ 4 ]} El principio de conversión física se basa en el efecto Seebeck , que obedece a una de las relaciones recíprocas de Onsager entre flujos y gradientes en sistemas termodinámicos. Un gradiente de temperatura genera un flujo de electrones en el sistema. A diferencia de los paneles solares fotovoltaicos , los generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) no dependen de la energía solar , por lo que pueden utilizarse en misiones al espacio profundo.

En junio de 2003, el Departamento de Energía (DOE) adjudicó el contrato MMRTG a un equipo liderado por Aerojet Rocketdyne. Aerojet Rocketdyne y Teledyne Energy Systems colaboraron en un concepto de diseño MMRTG basado en un diseño previo de convertidor termoeléctrico, SNAP-19 , desarrollado por Teledyne para misiones anteriores de exploración espacial. ^{[ 5 ]} Los SNAP-19 impulsaron las misiones Pioneer 10 y Pioneer 11 ^{[ 4 ]} así como los módulos de aterrizaje Viking 1 y Viking 2 .

El MMRTG se alimenta mediante ocho módulos de fuente de calor de uso general (GPHS) de dióxido de Pu-238 , proporcionados por el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE). Inicialmente, estos ocho módulos GPHS generan aproximadamente 2 kW de potencia térmica. 

El diseño del MMRTG incorpora pares termoeléctricos de PbTe /TAGS (de Teledyne Energy Systems ), donde TAGS es un acrónimo que designa un material que incorpora telurio (Te), plata (Ag), germanio (Ge) y antimonio (Sb). El MMRTG está diseñado para producir 125  W de potencia eléctrica al inicio de la misión, disminuyendo a unos 100  W después de 14 años. ^{[ 6 ]} Con una masa de 45  kg,  de los cuales 4,8 kg son su combustible de dióxido de plutonio ^{[ 7 ]} el MMRTG proporciona aproximadamente 2,8  W/kg de potencia eléctrica al comienzo de su vida útil.

El diseño del MMRTG es capaz de operar tanto en el vacío del espacio como en atmósferas planetarias, como la superficie de Marte. Los objetivos de diseño del MMRTG incluían garantizar un alto grado de seguridad, optimizar los niveles de potencia durante una vida útil mínima de 14 años y minimizar el peso. ^{[ 2 ]}

El MMRTG tiene una longitud de 66,83 cm (26,31 pulgadas) y, sin las aletas, un diámetro de 26,59 cm (10,47 pulgadas), mientras que con las aletas tiene un diámetro de 64,24 cm (25,29 pulgadas). Las aletas tienen una longitud de 18,83 cm (7,41 pulgadas) ^{[ 8 ].}

Curiosity , el rover MSL que aterrizó con éxito en el cráter Gale el 6 de agosto de 2012, utiliza un MMRTG para suministrar calor y electricidad a sus componentes e instrumentos científicos. El suministro fiable de energía del MMRTG le permitirá funcionar durante varios años. ^{[ 2 ]}

El 20 de febrero de 2015, un funcionario de la NASA informó que la NASA dispone de suficiente plutonio para alimentar tres MMRTG más como el utilizado por el rover Curiosity . ^{[ 9 ] [ 10 ]} Uno fue utilizado por Mars 2020 y su rover Perseverance . ^{[ 9 ]} Los otros dos no han sido asignados a ninguna misión o programa específico, ^{[ 10 ]} y podrían estar disponibles a finales de 2021. ^{[ 9 ]}

El 30 de julio de 2020, se lanzó con éxito al espacio un generador termoeléctrico de microondas (MMRTG) a bordo de la misión Mars 2020 , que ahora se utiliza para suministrar calor y energía al equipo científico del rover Perseverance . El MMRTG utilizado en esta misión es el modelo F-2, fabricado por Teledyne Energy Systems, Inc. y Aerojet Rocketdyne bajo contrato con el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE), con una vida útil de hasta 17 años. ^{[ 11 ]}

La próxima misión Dragonfly de la NASA a Titán, la luna de Saturno, utilizará uno de los dos generadores termoeléctricos de microondas (MMRTG) para los que el equipo de Aerojet Rocketdyne/Teledyne Energy Systems ha recibido recientemente un contrato. ^{[ 12 ]} El MMRTG se utilizará para cargar un conjunto de baterías de iones de litio y, posteriormente, utilizará esta fuente de alimentación de mayor densidad de potencia para hacer volar un helicóptero cuádruple en vuelos cortos sobre la superficie de Titán. ^{[ 13 ]}

La misión propuesta del rover PROMISE a la Luna utilizaría un MMRTG para obtener energía, lo que le permitiría sobrevivir a la noche lunar. ^{[ 14 ]}

El MMRTG costó aproximadamente 109.000.000 de dólares estadounidenses producirlo y desplegarlo, y 83.000.000 de dólares estadounidenses investigarlo y desarrollarlo. ^{[ 15 ]} En comparación, la producción y el despliegue del GPHS-RTG costaron aproximadamente 118.000.000 de dólares estadounidenses .

• Generador de radioisótopos Stirling avanzado
• Energía nuclear en el espacio
• Generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG)
• Efecto termoeléctrico :
  • Efecto Seebeck : generación de una corriente eléctrica a partir de un gradiente de temperatura.
  • Efecto Peltier : generación de un gradiente de temperatura a partir de una corriente eléctrica.
  • Efecto Thomson : calentamiento o enfriamiento de un conductor por el que circula corriente con un gradiente de temperatura.

• Sitio web de los Sistemas de Energía Radioisotópica de la NASA – Página RTG
• Página del Laboratorio Nacional de Idaho MMRTG con "recorrido virtual" basado en fotografías.
• El Departamento de Energía producirá nuevo plutonio-238 en 2019 ( SpaceNews , 2015).