NASA forscht an neuen nuklearen Energiequellen

Die NASA forscht an neuen nuklearen Energiequellen. Bei dieser neuen Generation soll die Abwärme eines Materials beim radioaktiven Zerfall nicht mehr  - wie bisher beim RTG (radioisotope thermoelectric generator, deutsch: Thermoelektrischer Isotopengenerator) - in einem thermoelektirischen Generator in Strom verwandelt werden, sondern man will einen Stirlingmotor nutzen, der einen höheren Wirkungsgrad verspricht.
Diese Energiequellen sind besonders wichtig für Missionen ins äußere Sonnensystem, wo nicht genug Sonnenenergie für Solarzellen vorhanden ist.

Quelle:
http://www.aviationweek.com/aw/generic/story.jsp?id=news/nukey092807.xml&headline=NASA%20To%20Accelerate%20Space%20Nuclear%20Power&channel=space

Guten Morgen,

sollen die SRGs nicht schon beim MSL auf dem Mars zu ein Einsatz kommen?

Hi,

eine neue Erfindung bzw. Verbesserung!?!
Ha...sehr schön!  
Ich hab mich dann jetzt auch informieren wollen, und stoße aber auf ein Stolperstein beim Thema Sterlingmotor!
Folgendes stammt von wikipedia
Stirlingmotoren...erreichen...[einen] Carnot-Wirkungsgrad [von] nur ungefähr 66 %! Stirlingmotoren erreichen nur 50 % ihres Carnot-Wirkungsgrades, der effektive Wirkungsgrad liegt entsprechend niedriger.
(Text ist stark gekürzt)
Kann mir bitte jemannt diese (fett & kursiv)Formulierung erklären und vielleicht gleich im Zusammenhang dieses Themas?

Gruß Nakova

 

Der Carnot-Wirkungsgrad bezieht sich auf den rein theoretischen Carnot-Prozess. Er gibt das Optimum an, was an Energie im jeweiligen Kreisprozess umgesetzt/genutzt werden kann. In der Realität ist das nicht erreichbar, sondern es kommen Verluste hinzu. Damit ist der "echte" Wirkungsgrad immer geringer als der Carnot-Wirkungsgrad.
Wenn der Carnot-Wirkungsgrad des Stirling-Motors hoch oder höher ist als bei allen anderen, dann meint man damit "nur", das der Stirlingmotor vom Prinzip her effizienter ist als alle anderen.

PS: Thermodynamik war nicht gerade mein Lieblingsfach ... also kann meine Erklärung auch etwas falsch sein ...

Stirlingmotor ist der theoretischen Carnomaschiene am Nähsten.  Der Damfer hat viele Wärmeverluste, weil das Wasser auf über 100°C heis gehalten werden muss, und sie verpuffen sehr viel merh Energie mit  heissen Abgasen in den Schornstein. Die Verbrennungsmaschienen sind da besser, aber die verschwenden immer noch eine Menge an Energie in Auspuff. Stirling arbeitet mit so was wie einem geschlossenen Gaskreis.  Das Problem bei den Teilen ist( im Vergleich zu anderen Maschienen) geringere Energieausbeute/Produktion im Bezug auf die  Größe der Maschiene. Und es kann nicht von alleine anlaufen....Na und Reibungsbehaftet sind die alle. So viel zum qualitativen Vergleich der Maschienen.

@ Schillrich und Yevgenij
 Danke an euch beiden!
Jetzt hab ich nur noch eine Frage (welche eigendlich nur zur überprüfung meines Gedankengangs wichtig für mich ist):
Ein thermoelektirischen Generator erreicht einen Wirkungsgradvon (nur) 8% (soweit ich das richtig verstanden habe bei wikipedia).
Auf welchen praktisch,möglichen Wirkungsgrad schätzt ihr den Stirlingmotor? :-?

Gruß Nakova

Hier sind noch zwei ausführliche Artikel zu RTG´s bei B.Leitenberger:
http://www.bernd-leitenberger.de/cassini-rtg.shtml
http://www.bernd-leitenberger.de/rtg-ionentriebwerk.shtml

Und noch ein ähnlicher Thread bei uns: https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=4302.msg80210#msg80210

Der Vorteil eines Systems mit Stirlingmotoren ist wohl auch, das die Leisting weniger schnell abnimmt als bei konventionellen RTG´s.
Allerdings haben die USA derzeit keine Produktion von Pu-238, für die letzten Missionen wurde das in Russland eingekauft. Vor einiger Zeit habe ich gelesen (und ich glaube da hatten wir das auch im Forum), das die USA die Produktion mit neuen Strukturen nahe Idaho Falls wieder aufnehmen wollen, aber ich finds nicht mehr. Auf jedenfall war es sehr teuer.

Martin

Der Spiegel hat einen Artikel über die Verdreifachung des Wirkungsgrades bei der Umwandlung von Wärme in Strom. Das dürfte auch für die Raumfahrt interessant sein, insbesondere für die Radioisotopengeneratoren auf Raumsonden.

Mit Thermo-Generatoren lässt sich aus Wärme Strom gewinnen. Nach 50 Jahren des Stillstands ist es Forschern gelungen, den Wirkungsgrad der Generatoren zu verdreifachen. Jetzt läuft das Rennen um die erste marktreife Anwendung.

Link:
http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/0,1518,532560,00.html

Guten Morgen,

sollen die SRGs nicht schon beim MSL auf dem Mars zu ein Einsatz kommen?

Bisher ist nur sicher, dass die neuen MMRTG (Multi-Mission-RTG) auf MSL zum Einsatz kommen sollen. Die SRG sollen eventuell zm ersten mal bei der Grail Mission eingesetzt werden. Ist aber nur ne offene Möglichkeit. Bei Wikipedia steht in der Liste der RTGs, dass MMRTG und SRG bei MSL eingesetzt werden. Wie das funktionieren soll?

(Man waren das viele Abkürzungen.)

Hallo Nitro,

nach meinem neusten Stand kommt bei MSL wirklich nur ein MMRTG zum Einsatz. Ein SRG wurde mal in Erwägung gezogen, ist aber zwischenzeitlich vom Tisch.

Der US-Vorrat an Plutonium neigt sich dem Ende zu und man ist gezwungen es demnächst von Russland zu kaufen. Für das MSL reichen die Vorräte noch, danach wird es jedoch knapp.

Quelle:
http://www.floridatoday.com/floridatoday/blogs/spaceteam/2008/03/us-to-get-plutonium-for-space-probes.html

Gerade bin ich (wieder) auf die Story von der im Himalaya im Quellgebiet des Ganges verlorenen nuklearen Stromquelle (ein RTG ?) gestossen. Bergsteiger haben beim zweiten Versuch eine "Spionagestation", die von Indien nach China hinüberschaute, wieder abholen können. Der erste Gerätesatz wurde samt nuklearer Stromquelle nie wieder gesehen.

Einen Artikel dazu gibt es u.a. da: http://www.damninteresting.com/?p=830.
Ausserdem: http://greennuclearbutterfly.blogspot.com/2007/11/deadly-plutonium-lost-in-himalayan.html.

Ich frage mich, wie es mit unserer Verantwortung für kommende Generationen steht. Schon auf der Erde bekommen wir es nicht hin, nicht zusätzliches künstliches Gefährdungspotential zu schaffen, und vorhandenes so zu kennzeichen, dass künftige Generationen sicher wissen, was sie da vor sich haben.

Das Auseinanderbauen eines Vikinglanders könnte unangenehme Überraschungen bergen, wenn kommenden Raumfahrergenerationen bestimmtes Wissen nicht mehr zugänglich ist.

Gruß

Thomas

Da passiert wahrscheinlich nicht viel, schau dir mal die Halbwertszeiten von Pu238 an, die sind relativ kurz (87,7a). Hinzu kommt das es hier um um Pu238 geht und nicht um Pu239 das ist sehr viel gefährlicher. Pu238 liegt in einer Form vor die nicht das Problem hat Lungen gängig zu sein was mit Pu239 wohl der Fall währe.

Das Zerfallsprodukt ist U₂₃₄ was 245500 a Halbwertzeit hat. Das heißt nur 0,036% von Pu238. Unter das Kopfkissen würde ich mir das Zeug zwar nicht legen, aber ein Alphastrahler ist relativ harmlos schon wenn da ein nassen Handtuch drüber liegt.

Gruß, Ulk

P.S. Das mit der Energiequelle ist war nett, es geht aber nur um ein paar 100Watt dabei. Brauchen würde man aber eher Leistungen von 100kW und mehr.

... Das heißt nur 0,036% von Pu238. ..

Hallo, Ulk,

was genau meinst Du mit Deiner Prozentangabe ?

Gruß    Thomas

Zitat

... Das heißt nur 0,036% von Pu238. ..

Hallo, Ulk,

was genau meinst Du mit Deiner Prozentangabe ?

Gruß    Thomas

Hallo Thomas, ist zwar schon lange her, aber hier die Antwort:
Die 0,036% beziehen sich auf das Verhältnis der Zerfälle zwischen Pu238 und U234, also 87,7/245500=0,036% und das bedeutet das aus dem 100% Pu238 nach 87,7Jahren 50%Pu238 und 50% U234 geworden ist. Da das Pu238 so eine kleine Halbwertszeit hat, braucht man nicht viel davon, um durch den alpha Zerfall Energie zu zu gewinnen, und was dann zurückbleibt ist 2800x weniger Radioaktiv.

Im neuen NASA Budget steht:

Begins flight development of the Advanced Stirling Radioisotope Generator (ASRG) for 2014/15 Launch Readiness Date.

Quelle:
http://www.nasa.gov/pdf/420990main_FY_201_%20Budget_Overview_1_Feb_2010.pdf

2014/15 könnte ein Stirlinggenerator ins All fliegen.

Auch nicht unwichtig imho:

" Restarts Plutonium-238 production w/ DOE to support future missions;"

auf Seite 15 des von Tobi verlinkten pdfs.

Die USA wollen anscheinend wieder in die Pu238 Produktion einsteigen.

Und das würde dann bedeuten, mehr unbemannte Expeditionen ins äußere Sonnensystem zu schicken, wo eine Energieversorgung per Solarzellen schwierig bis unmöglich wird.

Funktioniert ein Stirlingmotor auch bei 0G?

Ich nehme das mal an...

Kann man damit ISS-ähnliche Projekte betreiben, oder wäre die Dimension zu groß bzw. Radioaktive Abstrahlung zu hoch?


Für was bräuchte man sowas denn?

- Ionenantrieb für Tiefraumsonden (auf wieviel Delta-V würde man diese ca. bringen können?)
- Vasimr-Antrieb auf der ISS (wird um 2013 installiert) ->

2014/15 könnte ein Stirlinggenerator ins All fliegen.

<- Datum würde passen

Energiequellen auf der Basis von Radioisotopengeneratoren liegen immer nur im Leistungsbereich von einigen Dutzend oder Hundert Watt. Der Wirkungsgrad dürfte sich aber gegenüber den heute verwendeten Systemen deutlich erhöhen, von 3-8% auf vielleicht 10-20%.

Da passt diese Meldung von RIA Novosti ganz gut rein.
Russland bietet der NASA die Zusammenarbeit an einem Atomtriebwerk an.
http://de.rian.ru/science/20100210/125054210.html

sehe ich da den Hauch einer bemannten Kooperation über den LEO hinaus im Kommen?

*freu*

Wenigstens ein Lichtblick

Erstmal kein Geld für den Stirlingmotor:
http://www.spacenews.com/article/civil-space/36338nasa%E2%80%99s-planetary-science-budget-crunch-expected-to-pit-curiosity-vs-cassini

Ausreichend Plutonium gibt es also wird der ASRG erstmal eingestellt:

With an adequate supply of Pu-238, and considering the current budget-constrained environment, NASA has decided to discontinue procurement of ASRG flight hardware.

http://spaceref.com/news/viewsr.html?pid=44963

Das wars.

Könnte mal jemand den Thread-Titel umbenennen. In NASA forscht NICHT MEHR an neuen nuklearen Energiequellen.