Generador de radioisótopos Stirling

Un generador de radioisótopos Stirling ( SRG ) es un tipo de generador de radioisótopos basado en un motor Stirling alimentado por una gran unidad de calentamiento de radioisótopos . El extremo caliente del convertidor Stirling alcanza una temperatura elevada y el helio calentado impulsa el pistón, disipándose el calor en el extremo frío del motor. Un generador o alternador convierte el movimiento en electricidad. Dada la escasez de plutonio , el convertidor Stirling destaca por producir aproximadamente cuatro veces más energía eléctrica a partir de este combustible que un generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG).

Los generadores Stirling fueron sometidos a extensas pruebas en la Tierra por la NASA , pero su desarrollo se canceló en 2013 antes de que pudieran utilizarse en misiones espaciales reales. Un proyecto similar de la NASA, aún en desarrollo, llamado Kilopower , también utiliza motores Stirling, pero emplea un pequeño reactor de fisión de uranio como fuente de calor.

El desarrollo de la tecnología de ciclo Stirling y Brayton se ha llevado a cabo en el Centro de Investigación Glenn de la NASA (anteriormente Centro Lewis de la NASA) desde principios de la década de 1970. El Motor Demostrador Espacial (SPDE) fue el primer motor de 12,5 kWe por cilindro que se diseñó, construyó y probó. Un motor posterior de este tamaño, el Convertidor de Potencia de Prueba de Componentes (CTPC), utilizó un cabezal calefactor de tubo de calor tipo "estrella de mar", en lugar del circuito de bombeo utilizado por el SPDE. Entre 1992 y 1993, este trabajo se interrumpió debido a la finalización del proyecto del sistema de energía nuclear SP-100 y al nuevo énfasis de la NASA en sistemas y misiones "mejores, más rápidos y más baratos".

En 2020, un convertidor de potencia Stirling de pistón libre alcanzó 15 años de operación acumulada sin mantenimiento ni degradación en el Laboratorio de Investigación Stirling en NASA Glenn. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Esta duración equivale a la vida útil de diseño operativo del MMRTG y es representativa de los conceptos de misión típicos diseñados para explorar los planetas exteriores o incluso objetos más distantes del Cinturón de Kuiper . Esta unidad, llamada Convertidor de Demostración Tecnológica (TDC) n.° 13, es la más antigua de varios convertidores que no han mostrado signos de degradación. Desde 2017, el Programa de Sistemas de Energía Radioisotópica de la NASA en NASA Glenn ha continuado desarrollando varias tecnologías candidatas para el primer RPS dinámico que volará al espacio, incluidos diseños basados ​​en el TDC n.° 13, que estableció un récord, y el convertidor Stirling basado en cojinetes de gas que se utilizó en el ASRG. Un pequeño sistema turbo-Brayton también está en desarrollo tecnológico. Varios diseños de generadores viables en el rango de 100 a 500 vatios han surgido del esfuerzo continuo de desarrollo de tecnología de conversión dinámica. A corto plazo, una misión de demostración lunar que utilice un sistema de protección reactiva dinámica (DRPS, por sus siglas en inglés) como parte del programa Artemis de la NASA podría ser la primera oportunidad para que un DRPS se utilice en vuelos espaciales. El uso de un DRPS en una carga útil que aterrice en la Luna le permitiría sobrevivir y operar de manera productiva durante las gélidas noches lunares de dos semanas de duración, o en cráteres permanentemente sombreados cerca de los polos lunares.

A principios del siglo XXI, se emprendió un importante proyecto que utilizaba este concepto: el Generador Avanzado de Radioisótopos Stirling (ASRG), una fuente de energía basada en un convertidor eléctrico de 55 vatios. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} La fuente de energía térmica para este sistema era la Fuente de Calor de Uso General (GPHS). Cada GPHS contenía cuatro pastillas de combustible Pu-238 revestidas de iridio , medía 5 cm de alto y 10 cm de lado, y pesaba 1,44 kg. El extremo caliente del convertidor Stirling alcanzaba los 650 °C y el helio calentado impulsaba un pistón libre que se movía alternativamente en un alternador lineal , disipándose el calor en el extremo frío del motor. La corriente alterna (CA) generada por el alternador se convertía luego en corriente continua (CC) de 55 vatios . Cada unidad ASRG utilizaría dos unidades de convertidor Stirling con aproximadamente 500 vatios de potencia térmica suministrada por dos unidades GPHS y entregaría 100-120 vatios de potencia eléctrica. El ASRG se sometió a pruebas de calificación en el Centro Glenn de la NASA como fuente de alimentación para una futura misión de la NASA.    

El ASRG se diseñó en muchas propuestas de misión en esta época, ^{[ 6 ]} pero se canceló en 2013, ^{[ 7 ]} debido a las restricciones presupuestarias de la NASA. ^{[ 8 ]}

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• ¿Por qué desarrollar un generador de radioisótopos Stirling?
• El convertidor Stirling de pistón libre establece un récord en el Centro de Investigación Glenn de la NASA.
• Wolverton, Mark (marzo de 2008). "Stirling en el espacio profundo" . Scientific American . 298 (3): 14. Bibcode : 2008SciAm.298c..22W . doi : 10.1038/scientificamerican0308-22 . PMID 18357812. Recuperado el 9 de mayo de 2023 . 
• Central nuclear con motor Stirling de la NASA para uso lunar ( en YouTube)