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マルチミッション放射性同位体熱電発電機（MMRTG）は、米国エネルギー省原子力局内の宇宙防衛電力システム局の管轄下で、火星科学実験室（MSL）などのNASAの宇宙ミッション[1]向けに開発された放射性同位体熱電発電機（RTG）の一種です。MMRTGは、エアロジェットロケットダインとテレダインエネルギーシステムズの業界チームによって開発されました。
背景
宇宙探査ミッションには、宇宙船や科学機器に電気と熱を供給するための安全で信頼性が高く長寿命の電力システムが必要である。比類のない優れた電源が放射性同位元素熱電発電機（RTG）である。これは本質的には、熱を電気に確実に変換する原子力電池である。[2]放射性同位元素電力は、8回の地球周回ミッション、8回の外惑星ミッション、およびアポロ11号に続く月へのアポロミッションで使用されてきた。太陽系外ミッションは、パイオニア10号と11号、ボイジャー1号と2号、ユリシーズ、ガリレオ、カッシーニ、ニューホライズンズのミッションである。ボイジャー1号とボイジャー2号のRTGは1977年から稼働している。 [3]合計で、過去40年間で、米国は26のミッションと45のRTGを打ち上げてきた。
関数
固体 熱電対は、放射性同位元素プルトニウム238の自然崩壊によって発生する熱を電気に変換します。[4]物理的な変換原理はゼーベック効果に基づいており、熱力学システムにおける流れと勾配の間のオンサガーの相反関係の1つに従います。温度勾配により、システム内に電子の流れが生成されます。太陽光発電アレイとは異なり、RTGは太陽エネルギーに依存しないため、深宇宙ミッションに使用できます。
歴史
2003年6月、米国エネルギー省（DOE）は、エアロジェット・ロケットダインが率いるチームにMMRTG契約を授与した。エアロジェット・ロケットダインとテレダイン・エナジー・システムズは、テレダインが以前の宇宙探査ミッションのために開発した以前の熱電変換器設計であるSNAP-19に基づいて、MMRTG設計コンセプトで協力した。 [5] SNAP-19は、パイオニア10号とパイオニア11号のミッション[4]、およびバイキング1号とバイキング2号の着陸船に動力を提供した。
デザインと仕様
MMRTG は、米国エネルギー省(DOE) が提供する 8 つのPu-238二酸化炭素汎用熱源(GPHS) モジュールによって駆動されます。当初、これらの 8 つの GPHS モジュールは約 2 kW の熱電力を生成します。
MMRTGの設計には、 PbTe /TAGS熱電対（Teledyne Energy Systems製）が組み込まれています。TAGSは、テルル（Te）、銀（Ag）、ゲルマニウム（Ge）、アンチモン（Sb）を含む材料の頭字語です。MMRTGは、ミッション開始時に125Wの電力を生成するように設計されており、14年後には約100Wに低下します。[6]質量が45kgのMMRTGは[7]、寿命の初めに約2.8W/kgの電力を供給します。
MMRTGの設計は、宇宙の真空と火星の表面などの惑星の大気の両方で動作することができます。MMRTGの設計目標には、高い安全性の確保、最低14年の寿命にわたる電力レベルの最適化、重量の最小化が含まれていました。[2]
MMRTGの長さは66.83cm（26.31インチ）、フィンなしの直径は26.59cm（10.47インチ）、フィンありの直径は64.24cm（25.29インチ）です。フィン自体の長さは18.83cm（7.41インチ）です[8]
宇宙ミッションでの使用
2012年8月6日にゲイルクレーターに着陸に成功したMSLローバー「キュリオシティ」は、1台のMMRTGを使用して、そのコンポーネントと科学機器に熱と電力を供給しています。MMRTGからの信頼性の高い電力により、数年間の動作が可能になります。 [2]
2015年2月20日、NASAの職員は、キュリオシティ探査車が使用したのと同じMMRTGをさらに3台燃料として供給できるだけのプルトニウムがNASAにはあると報告した。[9] [10]そのうち1台は火星2020とその探査車パーサヴィアランスで使用された。[9]残りの2台は特定のミッションやプログラムに割り当てられておらず、[10] 2021年後半までに利用可能になる可能性がある。[9]
MMRTGは2020年7月30日、火星2020ミッションで宇宙に打ち上げられ、現在はパーサヴィアランス探査車の科学機器に熱と電力を供給するために使用されている。このミッションで使用されたMMRTGは、テレダイン・エナジー・システムズ社とエアロジェット・ロケットダイン社が米国エネルギー省（DOE）との契約に基づいて製造したF-2で、寿命は最大17年である。[11]
土星の衛星タイタンへのNASA ドラゴンフライミッションでは、エアロジェットロケットダイン/テレダインエネルギーシステムズチームが最近契約した2つのMMRTGのうちの1つが使用される予定である。[12] MMRTGはリチウムイオン電池一式を充電するために使用され、その後、この高電力密度電源を使用して、タイタンの表面上を4機のヘリコプターで短距離飛行する。[13]
料金
MMRTGの製造と配備には推定1億900万ドル、研究開発には8300万ドルの費用がかかった。 [14]比較のために、 GPHS-RTGの製造と配備には約1億1800万ドルがかかった。
参照
参考文献
- ^ 「宇宙探査のための放射性同位元素発電システム」(PDF)。ジェット推進研究所。2011年3月。 2019年5月18日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2015年3月13日閲覧。
- ^ abcこの記事には、 Space Radioisotope Power Systems Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator (PDF)
のパブリック ドメイン コンテンツが組み込まれています。National Aeronautics and Space Administration (National Aeronautics and Space Administration) 。2016 年 7 月 5 日閲覧。(pdf) 2013年10月
- ^ Bechtel, Ryan. 「ラジオアイソトープミッション」(PDF)。米国エネルギー省。2012年2月1日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。
- ^ ab SNAP-19: パイオニア F & G、最終報告書、Wayback Machineに 2018-04-01 にアーカイブ、Teledyne Isotopes、1973
- ^ 「アーカイブコピー」（PDF） 。 2011年12月16日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2011年11月21日閲覧。
{{cite web}}: CS1 maint: アーカイブされたコピーをタイトルとして (リンク) - ^ 「アーカイブコピー」（PDF） 。 2012年8月9日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2009年5月12日閲覧。
{{cite web}}: CS1 maint: アーカイブされたコピーをタイトルとして (リンク) - ^ 「アーカイブコピー」（PDF） 。 2014年2月2日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2013年4月22日閲覧。
{{cite web}}: CS1 maint: アーカイブされたコピーをタイトルとして (リンク) - ^ https://energy.sandia.gov/wp-content/uploads/2021/10/Mars2020_NRA_SAND2013-10589.pdf
- ^ abc Leone, Dan (2015年3月11日). 「米国のプルトニウム備蓄は、火星2020後のさらに2つの核電池に十分対応可能」. Space News . 2015年3月12日閲覧。
- ^ ab Moore, Trent (2015年3月12日). 「NASAは、火星探査機に電力を供給するバッテリーのようなものをあと3つしか作れない」Blastr . 2015年3月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年3月13日閲覧。
- ^ キャンベル、コリン。「NASAの火星2020探査車パーサヴィアランス、ハントバレーに電源を組み込んで木曜に宇宙へ打ち上げ予定」ボルチモア・サン。 2021年2月16日閲覧。
- ^ 「エアロジェット・ロケットダイン、将来の深宇宙探査ミッション向けに最大2基のMMRTGを受注」Bloomberg.com 2021年2月12日2021年2月16日閲覧。
- ^ 「Dragonfly: NASAの最新原子力宇宙船」。Beyond NERVA。2019年7月9日。 2020年10月28日閲覧。
- ^ Werner, James Elmer; Johnson, Stephen Guy ; Dwight, Carla Chelan; Lively, Kelly Lynn (2016 年 7 月)。2015 年の放射性同位元素発電システムのコスト比較 - カッシーニと火星探査機 (レポート)。doi : 10.2172/1364515 . OSTI 1364515。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、マルチミッション放射性同位元素熱電発電機 (MMRTG)に関連するメディアがあります。
- NASA ラジオアイソトープ電力システム ウェブサイト – RTG ページ
- アイダホ国立研究所の MMRTG ページの写真ベースの「バーチャル ツアー」
- DOE、2019年に新たなプルトニウム238を生産へ
- [1]