|
Lors des explorations lointaines de l’espace, au delà de Mars, la lumière en provenance du soleil est trop faible pour alimenter en énergie un vaisseau spatial par des panneaux solaires. On a recours alors à des désintégrations radioactives pour fournir l’énergie et l’électricité nécessaire au fonctionnement de ces vaisseaux souvent non habités. Les générateurs les plus courants sont les générateurs thermoélectriques radioisotopiques ou RTG (radioisotope thermoelectric generators). Les RTG peuvent être considérés comme des batteries capables de fournir quelques centaines de watts sur des durées que ne pourraient atteindre des piles à combustibles ou des batteries ordinaires.
|
Modèles de RTG au Pu-238
Générateur thermoélectrique radioisotopique
|
 |
|
Ces générateurs ont fourni l’électricité d’explorations lointaines et prestigieuses comme celles des sondes Pioneer, Voyager, Cassini, etc... Des RTG furent aussi utilisés sur Mars avec les modules d’atterrissages de Viking, les expériences scientifiques sur la Lune des missions Apollo, ainsi que pour des satellites.
Le combustible radioactif doit répondre à trois impératifs :
- une période radioactive assez longue pour produire de l’énergie en continu durant la mission et assez courte pour qu’un taux de désintégrations suffisant conduise à une quantité de chaleur utilisable. Les périodes caractéristiques des radioisotopes utilisés pour les RTG sont de quelques dizaines d’années.
- Un mpératif de densité : forte production d’énergie par unité de masse
- Des rayonnements peu pénétrants : rayons alpha non accompagnés de radiations gamma ou de neutrons demandant un blindage épais .
|
|
Les impératifs de période et de densité d’énergie réduisent le choix à une trentaine de radioisotopes dont le plutonium-238, le curium-244 et le strontium-90. Parmi ces derniers, le plutonium-238 est celui qui nécessite le moins de blindage – 2,5 mm de plomb - contre les radiations pénétrantes. Un blindage n’est pas nécessaire si l’enveloppe du combustible arrête les radiations.
Le plutonium-238 est donc le radioélément le plus utilisé sous forme de dioxyde. Ce radioélément possède une période de 87,7 ans, une bonne densité en énergie, et un niveau exceptionnellement bas de radiations gamma et neutroniques . Bien qu’isotope du plutonium, le plutonium-238 est impropre à la fabrication d’armes nucléaires et ne présente pas de risques de prolifération.
Du fait de la période de 87,7 ans, un générateur ne perd que 0,787 % de sa puissance chaque année. Début 2001, malgré 23 ans de voyage, la sonde Voyager 1 envoyait encore des données vers la Terre. Sa puissance, initialement de 470 W, était encore de 315 W (elle aurait été de 392 W sans une dégradation de l’efficacité des thermocouples).
Les thermocouples qui convertissent en électricité la chaleur des désintégrations radioactives sont fiables et durent longtemps. Mais ils souffrent de rendements médiocres qui ne dépassent jamais 10 % et se situent généralement entre 3 et 7%. Les recherches sur les technologies (émission thermoionique, cellules thermophotovoltaiques) visant à améliorer ces performances pour diminuer le poids du générateur et réduire les coûts de lancement, n’ont pas encore abouti.
Des générateurs produisant de la chaleur sans électricité (heater units) ont été également utilisés à bord d’engins spatiaux comme les Mars Exploration Rovers et les sondes Galileo et Cassini.
Sujet voisin : Routes polaires
|
NASA
