De Universiteit van Leicester loopt voorop bij de ontwikkeling van nieuwe energieopwekkingstechnologieën voor verkenning van de ruimte als onderdeel van een door de European Space Agency gefinancierd programma.

Leicester is een wereldleider in de ontwikkeling van kernenergiesystemen in de ruimte voor de opwekking van elektrische energie, ruimtevaartuigverwarming en thermisch beheer in de vorm van radio-isotopen thermo-elektrische generatoren (RTG's) en radio-isotopenverwarmingseenheden (RHU's).

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van het Space Research Center van het Department of Physics and Astronomy hebben het eerste prototype RTG en de eerste RHU gebouwd die bestemd zijn om de restwarmte van americium-241 te gebruiken. Het door de Universiteit van Leicester geleide team heeft met succes 10 Watt RTG- en 3 Watt RHU-prototypes gebouwd en getest die elektrische verwarming gebruiken om de warmte te simuleren die wordt gegenereerd door een americiumbron.

Richard Ambrosi is hoogleraar Space Instrumentation &Space Nuclear Power Systems aan de Universiteit van Leicester en is de projectleider van de universiteit.

Hij zei:"Om de grenzen van de verkenning van de ruimte te verleggen, innovaties op het gebied van energieopwekking, robotica, autonome voertuigen en geavanceerde instrumentatie zijn nodig.

"Radio-isotopenstroombronnen zijn een belangrijke technologie voor toekomstige Europese ruimteverkenningsmissies, aangezien het gebruik ervan zou resulteren in meer capabele ruimtevaartuigen, en sondes die toegang hebben tot verre, koud, donkere en onherbergzame omgevingen.

"Missies die kernenergie gebruiken, bieden meer veelzijdigheid in uitdagende omgevingen, met één missie die de wetenschap levert die alleen kan worden bereikt met verschillende missies die zonne-energie gebruiken, met aanzienlijk langere operationele levensduur (bijv. Voyager, Ulysses, Cassini). In veel gevallen kunnen nucleaire systemen missies mogelijk maken die anders onmogelijk zouden zijn."

National Nuclear Laboratory (NNL) leidt de productie van americium-241 door chemische extractie uit de civiele plutoniumvoorraden van het VK, evenals de ontwikkeling van de americium-brandstofkorrelvorm. NNL zal de brandstof leveren voor de aandrijfsystemen die worden ontwikkeld door de Universiteit van Leicester en partners.

De Universiteit van Leicester, samen met Airbus Defence and Space Ltd, Queen Mary Universiteit van Londen, Europese Thermodynamica Ltd., Lockheed Martin UK en Fluid Gravity Engineering Ltd. hebben een 10 Watt prototype van een radio-isotoop thermo-elektrische generator ontwikkeld en getest.

Ontworpen om te worden gevoed door americium-241, de modulaire RTG kan tot 50 W elektrisch vermogen opwekken. Dit programma bouwt voort op de succesvolle ontwikkeling en het testen van een kleinschaliger 4 W laboratoriumgebaseerd RTG-prototype.

European Thermodynamics Ltd. is betrokken bij de ontwikkeling van de thermo-elektrische en thermische managementtechnologie in het project.

Technisch directeur Kevin Simpson zei:"Producten die bedoeld zijn voor ruimtevaarttoepassingen zijn ontworpen volgens de hoogst mogelijke specificaties. We kijken ernaar uit om verdere producten voor het oogsten van energie te ontwikkelen en deze technologie in terrestrische toepassingen in te bedden."

In aanvulling, door samen te werken met Lockheed Martin UK, Johnson Matthey en Nationaal Nucleair Laboratorium, Leicester heeft een prototype van een radio-isotopenverwarmer van 3 watt ontwikkeld en getest. Dit systeem is ontworpen om ruimtevaartuigen warm te houden op uitdagende plaatsen.

Professor Ambrosi zei dat het Europese ruimteprogramma gericht is op americium-241 en dat het VK unieke middelen heeft om een ​​onafhankelijke Europese capaciteit op het gebied van kernenergie in de ruimte op te bouwen in een kosteneffectief en snel programma.

Professor Ambrosi zei:"Momenteel ligt de focus op twee ontwikkelingsprojecten die gericht zijn op het opschalen van de laboratoriumsystemen naar meer vluchtachtige experimentele prototypen. In beide gevallen elektrische verwarming wordt gebruikt om ontwikkeling in het lab mogelijk te maken."

Tony Crawford, het lid van het Leicester-team dat verantwoordelijk is voor de assemblage van het prototype, zei:"Als hoofd mechanisch technicus hier bij het Space Research Center ben ik erg blij en trots om deel uit te maken van dit opwindende kernenergieprogramma in de ruimte. Met een kleine, zeer goed gemotiveerd team hebben we onze ervaring gebruikt bij het ontwerpen, testen en leveren van hardware voor ruimtevluchten om vele configuraties van RTG- en RHU-units te bouwen en te testen. Met elke succesvolle stap in het programma zijn we een spannende stap dichter bij het produceren van een vlieggekwalificeerde eenheid."

Dr. Hugo Williams, de Engineering lead voor het project, benadrukte enkele van de materiaaluitdagingen van het project:"Kernenergie in de ruimte biedt een aantal spannende materiaaluitdagingen, variërend van materialen die bij zeer hoge temperaturen en mechanische belastingen moeten werken tot thermo-elektrische materialen; slim materiaal dat de thermische energie omzet in elektrische energie. Ontwikkeling en karakterisering van deze materialen hebben potentiële voordelen in veel andere toepassingen."

Energy harvesting from RHUs using thermoelectric conversion could offer an attractive option for smaller missions where small amounts of electrical power combined with heat sources could open a range of space exploration scenarios.

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.