L'Università di Leicester sta guidando lo sviluppo di nuove tecnologie di generazione di energia per l'esplorazione dello spazio come parte di un programma finanziato dall'Agenzia spaziale europea.

Leicester è un leader globale nello sviluppo di sistemi nucleari spaziali per la generazione di energia elettrica, riscaldamento di veicoli spaziali e gestione termica sotto forma di generatori termoelettrici a radioisotopi (RTG) e unità di riscaldamento a radioisotopi (RHU).

Ora, i ricercatori del Dipartimento di Fisica e del Centro di ricerca spaziale del Dipartimento di Astronomia hanno costruito il primo prototipo RTG e il primo RHU destinati a utilizzare il calore di scarto dell'americio-241. Il team guidato dall'Università di Leicester ha costruito e testato con successo prototipi RTG da 10 Watt e RHU da 3 Watt che utilizzano il riscaldamento elettrico per simulare il calore generato da una fonte di americio.

Richard Ambrosi è Professore di Strumentazione Spaziale e Sistemi di Energia Nucleare Spaziale presso l'Università di Leicester ed è il capo progetto presso l'Università.

Ha detto:"Per spingere in avanti i confini dell'esplorazione dello spazio, innovazioni nella produzione di energia, robotica, sono necessari veicoli autonomi e strumentazione avanzata.

"Le fonti di energia a radioisotopi sono una tecnologia importante per le future missioni europee di esplorazione spaziale in quanto il loro utilizzo porterebbe a veicoli spaziali più capaci, e sonde che possono accedere a distanza, freddo, ambienti bui e inospitali.

"Le missioni che utilizzano l'energia nucleare offrono una maggiore versatilità in ambienti difficili, con una missione che fornisce la scienza che potrebbe essere raggiunta solo da diverse missioni utilizzando l'energia solare, con durate operative considerevolmente più lunghe (ad es. Voyager, Odisseo, Cassini). In molti casi i sistemi nucleari possono consentire missioni che altrimenti sarebbero impossibili".

Il National Nuclear Laboratory (NNL) sta guidando la produzione di americio-241 mediante estrazione chimica dalle scorte di plutonio civile del Regno Unito, così come lo sviluppo della forma di pellet di combustibile americio. NNL fornirà il carburante per i sistemi di alimentazione sviluppati dall'Università di Leicester e dai suoi partner.

L'Università di Leicester, insieme ad Airbus Defence and Space Ltd, Queen Mary University di Londra, Termodinamica europea Ltd., Lockheed Martin UK e Fluid Gravity Engineering Ltd. hanno sviluppato e testato un prototipo da 10 Watt di un generatore termoelettrico a radioisotopi.

Progettato per essere alimentato da americio-241, l'RTG modulare sarà in grado di generare fino a 50 W di potenza elettrica. Questo programma si basa sullo sviluppo e sul test di successo di un prototipo RTG basato su laboratorio da 4 W su scala ridotta.

European Thermodynamics Ltd. è coinvolta nello sviluppo della tecnologia termoelettrica e di gestione termica nel progetto.

Il direttore tecnico Kevin Simpson ha dichiarato:"I prodotti destinati alle applicazioni spaziali sono progettati secondo le più alte specifiche possibili. Non vediamo l'ora di sviluppare ulteriori prodotti per la raccolta di energia e di incorporare questa tecnologia nelle applicazioni terrestri".

Inoltre, lavorando con Lockheed Martin UK, Johnson Matthey e il Laboratorio nucleare nazionale, Leicester ha sviluppato e testato un prototipo di unità di riscaldamento a radioisotopi da 3 Watt. Questo sistema è progettato per mantenere caldi i veicoli spaziali in luoghi difficili.

Il professor Ambrosi ha affermato che il programma spaziale europeo si è concentrato sull'americio-241 e che il Regno Unito dispone di risorse uniche su cui costruire una capacità europea indipendente nell'energia nucleare spaziale in un programma rapido e conveniente.

Il professor Ambrosi ha dichiarato:"Attualmente l'attenzione è concentrata su due progetti di sviluppo volti all'ampliamento dei sistemi di laboratorio a prototipi sperimentali più simili al volo. In entrambi i casi, il riscaldamento elettrico viene utilizzato per consentire lo sviluppo in laboratorio."

Tony Crawford, il membro del team di Leicester responsabile dell'assemblaggio del prototipo, ha dichiarato:"Come capo tecnico meccanico qui allo Space Research Center sono molto felice e orgoglioso di far parte di questo entusiasmante programma di energia nucleare spaziale. Con un piccolo, team molto motivato abbiamo utilizzato la nostra esperienza nella progettazione, test e consegna di hardware per voli spaziali per costruire e testare molte configurazioni di RTG e RHUunits. Con ogni passo di successo nel programma, siamo un entusiasmante passo avanti verso la produzione di un'unità qualificata per il volo".

Dottor Hugo Williams, il responsabile tecnico del progetto, ha sottolineato alcune delle sfide sui materiali presentate dal progetto:"L'energia nucleare spaziale presenta alcune sfide entusiasmanti sui materiali che vanno dai materiali che devono funzionare a temperature molto elevate e carichi meccanici fino ai materiali termoelettrici; materiale intelligente che converte l'energia termica in energia elettrica. Sviluppo e la caratterizzazione di questi materiali hanno potenziali vantaggi in molte altre applicazioni".

La raccolta di energia dalle RHU mediante conversione termoelettrica potrebbe offrire un'opzione interessante per missioni più piccole in cui piccole quantità di energia elettrica combinate con fonti di calore potrebbero aprire una serie di scenari di esplorazione dello spazio.

Professor Ambrosi added that improving the efficient storage and management of the power generated is a challenge that has parallels in terrestrial power generation. These will be essential elements in any future system designs.