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多目的放射性同位体熱電気転換器

多目的放射性同位体熱電気転換器（たもくてきほうしゃせいどういたいねつでんきへんかんき、英語: Multi-mission radioisotope thermoelectric generator（MMRTG））は、米国エネルギー省の管轄下にあるマーズ・サイエンス・ラボラトリー（MSL）などのNASA宇宙ミッション[1]用に開発された放射性同位体熱電気転換器（RTG）の一種。原子力エネルギー局（英語版）内の宇宙および防衛電力システム。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の産業チームによって開発された。

MMRTGの図。
マーズ・サイエンス・ラボラトリーの多目的放射性同位体熱電気転換器。

背景 編集

宇宙探査機には、科学観測機器に安定して電気と熱を供給するために、十分に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。この要求を満たす能力を備えた電源は、放射性同位体熱電気転換器（RTG）のみである。これは本質的に、崩壊熱を確実に電気に変換する一種の原子力電池[2]である。RTGの電力は、8つの地球軌道ミッション、8つの外惑星へのミッション、月へのアポロミッションで使用されている。外惑星系のミッションは、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。初めて宇宙開発へのRTGの利用がなされたのは1977年のボイジャー1号とボイジャー2号[3]。過去40年間で合計45のRTGが米国によって製造され、26のミッションで使用された。

機能 編集

個体熱電対は、放射性同位体プルトニウム238の自然崩壊のによって生成された熱を電気に変換する[4]。物理変換の原理はゼーベック効果に基づいており、熱力学系における流れと勾配の間のオンサーガーの相反関係の1つに従う。温度勾配により、システム内に電子の流れが発生する。太陽光発電ソーラーアレイとは異なり、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る。

歴史 編集

2003年6月、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契約をした。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は、それ以前に宇宙探査ミッションのために同社が開発したSNAP-19（英語版）に基づく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[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供給した。

設計と仕様 編集

MMRTGは、米国エネルギー省（DOE）が提供する8つのPu-238二酸化物汎用熱源（GPHS）モジュールを搭載している。最初に、これらの8つのGPHSモジュールは約2 kWの火力を生成する。

MMRTG設計には、PbTe/TAGS熱電対（テレダイン・エネルギー・システム（英語版）製）が組み込まれている。TAGSは、テルル(Te)、銀(Ag)、ゲルマニウム(Ge)、アンチモン(Sb)を組み込んだ材料を示す頭字語。MMRTGは、ミッションの開始時に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に低下する[6]。質量45kg[7]のMMRTGは、寿命の初めに約2.8 W /kgの電力を供給する。

MMRTGの設計は、宇宙の真空と火星の表面などの惑星大気の両方で動作する。MMRTGの設計目標には、高度な安全性の確保、14年の最小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る[2]。

関連項目 編集

脚注 編集

  1. ^ “Radioisotope Power Systems for Space Exploration” (2011年3月). 2015年3月13日閲覧。
  2. ^ a b   この記事にはパブリックドメインである、アメリカ合衆国連邦政府が作成した次の文書本文を含む。Space Radioisotope Power Systems Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator (PDF). アメリカ航空宇宙局. 2016年7月5日閲覧。 (pdf) October 2013
  3. ^ Bechtel. “Radioisotope Missions”. US Department of Energy. 2012年2月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年7月5日閲覧。
  4. ^ a b SNAP-19: Pioneer F & G, Final Report, Teledyne Isotopes, 1973
  5. ^ Ritz, Fred; Peterson, Craig E. (2004). “Multi-mission radioisotope thermoelectric generator (MMRTG) program overview”. 2004 IEEE aerospace conference proceedings (IEEE Cat. No. 04TH8720) 5: 2950-2957. https://hdl.handle.net/2014/38246 2022年2月24日閲覧。. 
  6. ^ http://pdf.aiaa.org/preview/CDReadyMIECEC06_1309/PV2006_4187.pdf
  7. ^ “Archived copy”. 2014年2月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年4月22日閲覧。

外部リンク 編集

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