كيف تولد النظائر المشعة كهرباء للمركبات الفضائية؟

يوفر المولد الكهروحراري بالنظائر المشعة، أو RTG، الكهرباء عبر تحويل حرارة التحلل الإشعاعي إلى فرق جهد. وهو ليس مفاعلا نوويا، إذ لا توجد سلسلة انشطار ولا توربين ولا احتراق. يطلق الوقود الحرارة طبيعيا، وتحول المزدوجات الحرارية جزءا من فرق الحرارة إلى طاقة كهربائية.

من حرارة التحلل إلى التيار

توجد وصلة ساخنة قرب مصدر النظير المشع، بينما تواجه وصلة أبرد بيئة المركبة. تستجيب حاملات الشحنة لفارق الحرارة وفق تأثير سيبك، فتنتج تيارا مستمرا. وتبقى معظم طاقة التحلل حرارة بدلا من أن تتحول إلى كهرباء، لكن هذه الحرارة المهدرة قد تساعد في إبقاء الأدوات والإلكترونيات ضمن مجال التشغيل المناسب.

لماذا تستخدمه المركبات الفضائية؟

تعتمد الألواح الشمسية على الإضاءة، وتنخفض إنتاجيتها بعيدا عن الشمس أو خلال فترات الظلام الطويلة. أما المولد النظائري فيوفر طاقة ثابتة ليلا ونهارا، ولا يحتوي على أجزاء متحركة لتحويل الطاقة، ويمكنه العمل سنوات. لذلك يناسب بعثات الكواكب الخارجية ومركبات المريخ والمركبات المقترحة لدخول مناطق قمرية دائمة الظل.

المفاضلات الهندسية

الخرج الكهربائي محدود ويتراجع تدريجيا مع تحلل الوقود وتقادم المزدوجات الحرارية، ولا يمكن زيادته بسرعة لتلبية طلب لحظي كبير. ولهذا يوزع المهندسون الطاقة بين الحركة والحوسبة والاتصال والأدوات العلمية، وقد يضيفون بطاريات لتغطية ذروة الاستهلاك. كما أن وقود النظائر نادر، وتخضع سلامة الإطلاق لضوابط صارمة، ويضيف المولد كتلة ومتطلبات حرارية.

ما الذي لا يثبته المولد؟

لا يعني اختيار مولد نظائري أن بقية المركبة قادرة تلقائيا على تحمل وجهتها. فما زالت المحركات ومواد التشحيم والبطاريات والحواسيب والأدوات تحتاج إلى تأهيل بيئي. يلغي المولد الاعتماد على ضوء الشمس، لكن نجاح المهمة يظل مسألة هندسة متكاملة للنظام كله.