Generadores nucleares en miniatura podrían alimentar CubeSats en el espacio profundo

La NASA ha dado luz verde a un proyecto del Instituto de Tecnología de Rochester para desarrollar una fuente de energía nuclear de una décima parte del tamaño de las que se utilizan actualmente en misiones planetarias.

La mayoría de los satélites en servicio hoy en día funcionan con paneles solares que transforman la luz solar en electricidad absorbiendo fotones para crear un desequilibrio de potencial en los materiales de las células del panel y generar una corriente eléctrica. Estos paneles hacen muy bien su trabajo, pero en el espacio profundo más allá de la órbita de Marte o en condiciones duras, como en las tormentas de polvo marcianas o las largas noches en la Luna, la luz solar simplemente no puede producir la energía necesaria.

Como alternativa, muchas naves del espacio profundo llevan generadores térmicos radioisotópicos multimisión (MMRTG), que utilizan un gradiente de temperatura para generar electricidad. En otras palabras, el radioisótopo produce calor y los termopares convierten el calor directamente en electricidad. Es un principio que resulta familiar a los ingenieros y que se utiliza ampliamente en la Tierra para cosas como radios que funcionan con queroseno y cocinas de campamento que también pueden cargar dispositivos móviles.

El problema de los MMRTG es que son relativamente voluminosos. El par utilizado en el vehículo Perseverance de la NASA, por ejemplo, mide 64 cm de diámetro, 66 cm de largo y pesa 45 kg. Cada uno contiene 4,8 kg de tapones de dióxido de plutonio como combustible para suministrar calor a los termopares de estado sólido a medida que los elementos radiactivos se desintegran.

En consecuencia, estos MMRTG se reservan para naves espaciales muy grandes, siendo Perseverance tan grande como un todoterreno. Esto se debe a que el sistema utilizado sólo tiene una potencia específica de masa, que es una medida de cuántos vatios de potencia se pueden producir por unidad de una máquina. Un coche familiar tiene una potencia específica de masa de 50 a 100 W/kg, mientras que un avión de combate tiene unos 10.000 W/kg.

Para ello utiliza un nuevo principio que, en esencia, es un panel solar que funciona a la inversa. Cuando un panel solar absorbe luz, parte de ella se convierte en electricidad y la mayor parte en calor. La nueva fuente de energía radioisotópica funciona a partir de la idea de la célula termorradiativa, en la que el calor en forma de luz infrarroja incide sobre un panel con elementos hechos de indio, arsénico, antinomio y fósforo en diversas combinaciones. Esto produce una diferencia de potencial con una polaridad inversa a la de las células solares.

En resumen, la célula termorradiativa genera electricidad a partir del calor y desecha la energía residual en forma de fotones infrarrojos. No sólo funciona a la inversa que un panel solar, sino con una eficacia mucho mayor. El resultado es un nuevo generador termorradiativo (TRG).

Si esta nueva tecnología se hace realidad, las futuras misiones a Júpiter y más allá, o a los cráteres siempre a la sombra de las regiones polares lunares, podrán utilizar naves espaciales del tamaño de CubeSats con pequeños generadores que les proporcionen toda la energía que necesiten. Esto significa que la misión Flagship a Urano, por ejemplo, podría ir acompañada de una pequeña flota de CubeSats que ayudarían en la exploración proporcionando más puntos de vista o actuando como relés de comunicación con las sondas atmosféricas.