יום שני, 1 באוקטובר 2012

וויאג'ר - אנרגיה בחלל

חללית צריכה כמה מקורות אנרגיה שונים. האנרגיה הראשונה נדרשת לתנועה בחלל עצמו. אמנם את רוב המהירות החללית מקבלת מהטיל שמשגר אותה ומכוכבי הלכת במסלולם (כפי שתיארנו במאמר הראשון בסדרה) אולם תיקוני מסלול נחוצים תמיד. אנרגיה נוספת נדרשת להפעלת המיכשור בחללית, מכשירי המדידה והתקשורת. במאמר זה נעסוק במקורות האנרגיה של וויאג'ר.
אפשר להביא אנרגיה מהבית, או לייצר אותה בחלל. המקור הראשוני לאנרגיה הוא סוללות, אולם סוללות הן מוגבלות ביותר, ובעיקר מתפרקות ומאבדות אנרגיה ודורשות טעינה כל הזמן. סוללות (ומצברים) נמצאים בשימוש לצורכי גיבוי, אולם בחללית כמו וויאג'ר שמתוכננת לפעול במשך שנים רבות, הן אינן מקור כוח אידיאלי. המקור השני הנפוץ ביותר הוא  פנאלים סולריים ההופכים את אור השמש לחשמל. פנאלים אלו יעילים מאד במשימות סביב כדור הארץ וכל לווין המקיף את כדור הארץ כולל לוחות כאלו. אולם, יעילות הפנאלים קטנה ככל שמתרחקים מהשמש ועוצמת האור יורדת. אם צדק מרוחק פי 3-4 מהשמש מאשר כדור הארץ, עוצמת האור היא רק 10% וצריכים פנלים ששטחם גדול פי עשר. משימת ג'ונו לצדק כוללת פנאלים סולריים בגדול 60 מ"ר! אולם חללית וויאג'ר שעדיין עובדת נמצאת במרחק הגדול פי 120 מכדור הארץ וכמובן שקולטים בשטח הגדול פי 10000 מקולטים "רגילים" אינם מעשיים כלל.
מקור כוח זמין וטוב צריך להיות אמין, יציב, זמין ולא פחות חשוב גם בטיחותי. דרישת הבטיחות חשובה שכן מקור הכוח מורכב בכדור הארץ ועשוי גם לחזור לכדור הארץ במקרה של תקלה (חומר רדיואקטיבי שהיה צריך להישאר על הירח, חזר לכדור הארץ בחללית אפולו 13). אולם על מנת לענות על הדרישות הראשונות יש להתפשר מעט בהיבט הבטיחותי ולעבור למקורות כוח גרעיניים. האפשרות הראשונה היא לייצר כורון אטומי בו יתבצע ביקוע אטומי בתהליך מבוקר בחלל. כורים כאלו נבנו גם בארה"ב וגם בבברית המועצות, אולם כיום הם נחשבים לא מספיק בטיחותיים. המקור השני לאנרגיה הוא ביסודות הפולטים קרינה באופן טבעי. איזוטופים מסוימים פולטים חלקיקים (אלפא ביתא או גמא) ומתפרקים לאט לאט ליסודות אחרים. פליטת החלקיקים מייצרת חום, וחום אפשר להפוך לחשמל. החסרון הוא שוב שאיזוטופים אלו הם כצפוי מסוכנים ורעילים ביותר ולכן הוגדרו תקנים מחמירים ביותר לטיפול בחומרים אלו. מקור אנרגיה זה מכונה RTG Radioisotope thermoelectric generator והוא נראה כך:
דוגמא למחולל RTG. ויקיפדיה

החומר הפולט קרינה הוא לרוב פלוטוניום 238 (לא אותו פלוטונים בו משתמשים בפצצות אטום) והוא עטוף בהמון שכבות הגנה... ככה נראה גוש פלוטוניום בודד המפיק חום (ובגלל זה הצבע האדום). חומר זה הוא המתאים ביותר לשימוש שכן זמן מחצית החיים שלו הוא 87 שנים והפליטה היא בעיקר של קרינת אלפא, חלקיקים שקל לעצור (מספיקה, יחסית, שכבת בידוד דקה מעופרת כדי לעצור אותם)
פלוטונים פולט אנרגיה ומתחמם
פלוטונים פולט אנרגיה ומתחמם. ויקיפדיה
תפוקת החשמל מקילו אחד של פלוטונים  היא בסך הכל 500 וואט, ולכן בחללית צריכים להיות מספר קילוגרמים של החומר. כמו כן, לכל חומר רדיואקטיבי יש זמן מחצית חיים, זהו זמן שאחריו מחצית מהחומר תתפרק ליסודות אחרים (שאינם פולטים קרינה). לכן את כמות החומר הדרושה יש לחשב לפי דרישות ההספק בסיום המשימה ובשעת השיגור יש עודף גדול של אנרגיה. בחלליות וויאג'ר (ובכל חללית אחרת המבוססת על RTG) יש ירידה קבועה בהספק החללית עקב התפרקות החומר.
לחלליות וואיג'ר לא נשארו הרבה ואטים. פחות ממאתיים. תחשבו אתם איך הייתם מנהלים את הבית שלכם עם כל כך מעט חשמל. ועם זה צריך להסתדר ורצוי עוד 10 שנים. לכן עכשיו מופעלות רק מעט מערכות (ראו המאמר השלישי בסדרה) המשמשות למדידות ומערכת התקשורת, עליה נרחיב במאמר הבא.


מאמרים קודמים בסדרה

וויאג'ר - המסע הגדול
וויאג'ר - התמונה האחרונה
מה וויאג'ר עושה היום


אין תגובות:

הוסף רשומת תגובה