¿Cómo pueden estar tan seguros de que Dragonfly se "congelará hasta morir" en lugar de simplemente (y eventualmente) quedarse sin energía RTG? (desintegración de 238Pu)

tl; dr: "... probablemente morirá congelado... antes de que se quede sin energía..." Si el poder evita que muera congelado y no se haya quedado sin energía, ¿por qué moriría congelado? ?

El rover Perseverance de la NASA de Space.com es la primera nave espacial en años que transporta plutonio fresco de EE. UU. No será el último. incluye el siguiente pasaje:

Entonces, si desea enviar una nave espacial a los planetas gigantes de nuestro sistema solar y más allá, o a otros lugares oscuros como las regiones permanentemente oscuras en las profundidades de los cráteres cerca de los polos de la luna, es probable que desee energía nuclear. Esa preferencia tampoco se trata solo de la luz solar; La energía nuclear también ayuda a las naves espaciales a enfrentar amenazas como las bajas temperaturas y la alta radiación.

"Nos permite explorar lugares donde no llega la luz del sol, pero también nos permite explorar entornos hostiles, y eso se debe a que podemos llevar nuestro calor con nosotros", dijo June Zakrajsek, gerente del programa Radioisotope Power Systems (RPS) de la NASA . en el Centro de Investigación Glenn en Ohio, dijo a Space.com. "Es la confiabilidad y ese tipo de factores los que son realmente importantes para nuestras misiones, y no podríamos hacer algunas de las misiones sin eso".

La próxima nave espacial impulsada por plutonio de la NASA será la misión del helicóptero Dragonfly, que se lanzará en 2027 a la extraña luna Titán de Saturno, que según la NASA recibe aproximadamente el 1% de la luz solar que recibe la Tierra. Debido a la fuente de energía nuclear de Dragonfly, es probable que la nave espacial muera congelada en el paisaje de metano líquido e imponentes acantilados de hielo de agua mucho antes de que se quede sin energía, dijo Zakrajsek.

Pregunta: ¿ Por qué Dragonfly moriría congelada ? Todas las misiones llegan a su fin y, por alguna razón, algo se rompe o los paneles solares se cubren de polvo o se acaba el dinero y los administradores desconectan, pero viniendo de un gerente de programa de la NASA, esto suena increíblemente seguro . ¿Existe un plan para "congelarlo hasta la muerte" a propósito?

Como el comentario de Russell a continuación: cada vez que Power_In < Power_Out, el sistema se enfriará a pesar de la presencia de "algo" de energía. Sin embargo, ¡eso no se debe a que la fuente sea nuclear! Creo que quiere decir que, si la energía solar fuera suficiente, el sistema nunca se congelaría.
Extraño. Como dice Wikipedia , "los módulos termoeléctricos, aunque son muy confiables y duraderos, son muy ineficientes; nunca se han logrado eficiencias superiores al 10 % y la mayoría de los RTG tienen eficiencias entre el 3 y el 7 %". Por lo tanto, es de esperar que un RTG antiguo siga funcionando como calentador incluso cuando su salida de energía eléctrica ya no sea útil. OTOH, la frialdad de Titán ayuda al termopar debido a la gran diferencia de temperatura, pero también impone una gran demanda en la funcionalidad de calefacción.

Respuestas (2)

El RTG genera calor, que se utiliza de dos formas en misiones a lugares fríos: mediante termopares para generar electricidad y mediante calor residual. Parte del calor residual se recicla a través de circuitos de refrigerante o tubos de calor para mantener las cosas calientes; el exceso se irradia. La electricidad también se puede utilizar para hacer funcionar los calentadores. A medida que el RTG envejece y el plutonio que contiene se descompone, genera menos calor y, por lo tanto, menos calor residual y menos electricidad. Eventualmente, el RTG no genera suficiente de los dos para mantener calientes sus componentes críticos y algo se rompe.

Aquí hay una imagen del RTG para Mars 2020 que muestra los tubos de calor:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Esencialmente una batería nuclear, un MMRTG utiliza el calor de la descomposición radiactiva natural del plutonio-238 para generar alrededor de 110 vatios de electricidad al comienzo de una misión. Además de generar energía eléctrica útil, el MMRTG produce calor. Parte de este calor se puede utilizar para mantener los sistemas del rover a las temperaturas de funcionamiento adecuadas en el frío gélido del espacio y en la superficie de Marte. Parte de ella es expulsada al espacio a través del Sistema de Rechazo de Calor del rover.

Los tubos dorados de los intercambiadores de calor forman parte de los circuitos de refrigeración de ese sistema. Los tubos llevan un líquido refrigerante llamado triclorofluorometano (CFC-11) que ayuda a disipar el exceso de calor. Los mismos tubos se utilizan para canalizar parte del calor de regreso al vientre del rover.

Fuente: Power for Mars 2020, 24 de julio de 2019 , NASA

¡Gracias por tu respuesta! ¿Puedes centrarte un poco más en el significado de "probablemente morirá congelado... antes de que se quede sin energía". Si el poder evita que muera congelado y no se ha quedado sin energía, ¿por qué moriría congelado? ¡Gracias!
@uhoh No comprendí el verdadero significado de tu pregunta cuando respondí. DE ACUERDO. Creo que alguien en space.com realmente está citando mal a Zakrajsek, o su intento de simplificar algo técnico resultó en un grave malentendido. Pero no sé. Lo siento por la falta de respuesta.
Ciertamente es una respuesta parcial , ¡gracias! Haré una aclaración tl; dr al comienzo de la pregunta en función de sus comentarios.
También puede considerar simplemente agregar los puntos clave en su comentario nuevamente en su respuesta. No será la primera vez aquí que una respuesta contiene un pasaje de "el artículo está equivocado". :-)
Supongo que "antes de que se quede sin energía" significa "antes de que la cantidad de energía eléctrica que genera caiga permanentemente por debajo de su demanda eléctrica mínima", no "antes de que genere energía cero".

El problema aquí es que está comparando una "batería" nuclear con una batería convencional. Una batería convencional extrae energía de ella a la velocidad que desee (hasta cierto límite según la batería) hasta que se agota, luego no produce nada.

Sin embargo, las "baterías" nucleares son una bestia muy diferente. En realidad, son generadores, no baterías, y simplemente entregan energía a una tasa fija (aunque decreciente lentamente). No puedes agotarlos, solo el tiempo lo hace. Por lo tanto, es muy posible que una nave espacial muera congelada (el frío se vuelve algo vital) mientras el generador aún funciona bien.

También es posible que una nave espacial "muera" porque la energía disponible es demasiado baja para hacer algo. Las sondas Voyager no están muy lejos de encontrar ese destino.

Ya veo, así que si necesita 30 vatios para evitar que las baterías de vuelo se congelen durante la noche y se dañen permanentemente, pero solo 20 vatios para mantenerse con vida y cargar las baterías para un vuelo corto ocasional, entonces se congelará hasta morir antes de funcionar. sin energía para operar. Si bien mis números son arbitrarios, ¿tal desigualdad puede ser a lo que se refiere la cita?
@uhoh Ese sería mi pensamiento. Las naves espaciales mueren cuando su potencia disponible cae por debajo de la carga del peor de los casos. Vimos eso con Spirit y Opportunity: siempre fue cuestión de suerte si podían sobrevivir al invierno marciano, pero cuando se calentó nuevamente, se despertaron, hasta que llegó el momento en que no pudieron obtener lo suficiente y fueron destruidos. Una nave de propulsión nuclear no morirá por falta de luz solar, pero el problema de la energía es el mismo.
¿Cómo pueden estar tan seguros de que Dragonfly se "congelará hasta morir" en lugar de simplemente (y eventualmente) quedarse sin energía RTG? (desintegración de 238Pu)
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