Jak RTG pohánějí kosmické sondy miliardy kilometrů od Slunce

Jaderné baterie, které zkoumají vesmír

Více než 24 miliard kilometrů od Země, Voyager 1 stále posílá data domů z mezihvězdného prostoru – téměř pět desetiletí po svém startu v roce 1977. Žádný solární panel by tak daleko od Slunce nemohl fungovat. Sonda se místo toho spoléhá na radioizotopový termoelektrický generátor (RTG), zařízení často nazývané „jaderná baterie“, které přeměňuje teplo z radioaktivního rozpadu na elektřinu. RTG poháněly více než dvě desítky amerických vesmírných misí za posledního půlstoletí a zůstávají jedinou osvědčenou technologií pro průzkum vnější sluneční soustavy.

Jak RTG funguje

Princip je elegantně jednoduchý. RTG obsahuje jádro z plutonia-238, izotopu, který generuje intenzivní teplo, jak se jeho atomy přirozeně rozpadají. Toto teplo proudí ven skrze pole termočlánků – párů různých polovodičových materiálů spojených ve dvou spojeních. Když je jedno spojení horké (blízko plutonia) a druhé studené (směrem do vakua vesmíru), teplotní rozdíl pohání elektrický proud, což je jev známý jako Seebeckův jev.

Nejsou zde žádné pohyblivé části, žádné turbíny, žádná čerpadla. Nic k mazání, nic k zaseknutí. Tato mechanická jednoduchost je důvodem, proč RTG mohou fungovat po desetiletí bez údržby – což je zásadní vlastnost, když je nejbližší opravna miliardy kilometrů daleko.

Proč plutonium-238?

Ne každá radioaktivní látka je vhodná. Plutonium-238 má poločas rozpadu 87,7 roku, což znamená, že uvolňuje teplo dostatečně pomalu, aby vydrželo desetiletí, ale dostatečně intenzivně, aby bylo užitečné. Vydává primárně částice alfa, které se snadno stíní a představují minimální radiační riziko po zapouzdření. Podle Ministerstva energetiky USA je Pu-238 čištěno a zapouzdřeno v Los Alamos National Laboratory za přísných bezpečnostních protokolů. RTG nikdy nezpůsobily nehodu kosmické lodi.

Historie sahající napříč sluneční soustavou

RTG debutovaly ve vesmíru v roce 1961 na palubě navigačního satelitu Transit 4A. Od té doby poháněly mimořádný seznam misí:

• Pioneer 10 a 11 – první sondy k Jupiteru a Saturnu (40 wattů každá)
• Viking 1 a 2 – první úspěšné přistávací moduly na Marsu
• Voyager 1 a 2 – jediné kosmické lodě v mezihvězdném prostoru (158 wattů každá při startu)
• Cassini – 13 let na oběžné dráze Saturnu (292 wattů)
• New Horizons – mise s průletem kolem Pluta
• Curiosity a Perseverance – marsovská vozítka používající novější Multi-Mission RTG (MMRTG), který poskytuje přibližně 110 wattů, když je čerstvě natankován

Další misí NASA poháněnou RTG je Dragonfly, rotorové přistávací vozidlo směřující k Saturnovu měsíci Titan.

Pomalé slábnutí

RTG nejsou nesmrtelné. Rozpad plutonia-238 neustále snižuje tepelný výkon a materiály termočlánků se časem degradují. Generátory Voyageru 1, které při startu dodávaly přibližně 470 wattů, nyní produkují zhruba dvě třetiny tohoto množství – ztrácejí přibližně 4 watty ročně. Inženýři v NASA Jet Propulsion Laboratory reagovali systematickým vypínáním přístrojů, aby udrželi kosmickou loď v provozu. Aktivní zůstávají pouze dva vědecké přístroje: senzor plazmových vln a magnetometr.

„Stále fungují skvěle a posílají zpět data z oblasti vesmíru, kterou dosud žádné lidské zařízení neprozkoumalo,“ řekl Kareem Badaruddin, manažer mise Voyager v JPL.

Co bude dál

Inženýři vyvíjejí plán nazvaný „Velký třesk“ – simultánní výměna několika napájených komponent za nízkoenergetické alternativy – který by mohl prodloužit vědeckou misi Voyageru do 30. let 21. století. Mezitím NASA navrhuje RTG nové generace, které jsou schopny produkovat více než 250 wattů, což zajistí, že budoucí sondy k ledovým obrům, oceánským měsícům a dalším cílům si ponesou vlastní spolehlivý zdroj energie do tmy.