Unidad de calentamiento por radioisótopos

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Una unidad de calentamiento por radioisótopos ( RHU , por sus siglas en inglés) es un pequeño dispositivo que proporciona calor a través de la desintegración radiactiva . ^[1] Son similares a los pequeños generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG, por sus siglas en inglés) y normalmente proporcionan alrededor de un vatio de calor cada uno, derivado de la desintegración de unos pocos gramos de plutonio-238 , aunque podrían usarse otros isótopos radiactivos . El calor producido por estas RHU se emite de forma continua durante varias décadas y, teóricamente, durante hasta un siglo o más. ^[2]

En las naves espaciales, las RHU se utilizan para mantener otros componentes a sus temperaturas operativas, que pueden ser muy diferentes a la temperatura de otras partes de la nave espacial. En el vacío del espacio, cualquier parte de la nave espacial que no reciba luz solar directa se enfriará tanto que los componentes electrónicos o los instrumentos científicos delicados se estropearán. Son más simples y más confiables que otras formas de mantener calientes los componentes, como los calentadores eléctricos. ^[2]

La mayoría de las sondas de superficie lunares y marcianas utilizan RHU para generar calor, incluidas muchas sondas que utilizan paneles solares en lugar de RTG para generar electricidad. Algunos ejemplos incluyen el sismómetro desplegado en la Luna por el Apolo 11 en 1969, que contenía 1,2 onzas (34 gramos) de plutonio-238; Mars Pathfinder ; y los rovers de exploración marcianos Spirit y Opportunity . ^[3] Las RHU son especialmente útiles en la Luna debido a su larga y fría noche de dos semanas.

Prácticamente todas las misiones al espacio profundo más allá de Marte utilizan tanto RHU como RTG. La insolación solar disminuye con el cuadrado de la distancia al Sol , por lo que se necesita calor adicional para mantener los componentes de la nave espacial a la temperatura de funcionamiento nominal . Parte de este calor se produce eléctricamente porque es más fácil de controlar, pero los calentadores eléctricos son mucho menos eficientes que un RHU porque los RTG convierten solo un pequeño porcentaje de su calor en electricidad y rechazan el resto al espacio.

La sonda Cassini-Huygens enviada a Saturno contenía ochenta y dos de estas unidades (además de tres RTG principales para la generación de energía). La sonda Huygens asociada contenía treinta y cinco.

La ISRO incluyó dos unidades de calentamiento de radioisótopos desarrolladas por el Departamento de Energía Atómica de la India (DAE) en el módulo de propulsión de Chandrayaan-3 a modo de prueba, que funcionaron perfectamente. ^[4]

Las unidades de calefacción por radioisótopos para misiones de la NASA han utilizado plutonio-238 ^[3] como isótopo para fuentes de calor, ya que la vida media radiactiva de 87,7 años significa que la desintegración del isótopo no limitará la vida útil de la misión. El isótopo produce 0,57 vatios de potencia térmica por gramo de ²³⁸ Pu. ^[5]

Las misiones soviéticas han utilizado otros isótopos, como el polonio-210, fuente de calor utilizada en los exploradores lunares Lunokhod . ^{[6] [7]} Con una vida media de 138,376 días, el polonio-210 produce más energía térmica por unidad de masa, pero sólo es adecuado para misiones de menor duración. También se ha propuesto el estroncio-90 . ^[7]

Si bien tanto los RHU como los generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) utilizan el calor de desintegración de un isótopo radiactivo, los RHU son generalmente mucho más pequeños como resultado de omitir los termopares y disipadores de calor/radiadores necesarios para generar electricidad a partir del calor. Tanto los RHU como los RTG cuentan con carcasas robustas y resistentes al calor para contener de forma segura el radioisótopo en caso de falla del vehículo de lanzamiento o de reentrada. La masa total de un solo RHU de un vatio (incluido el blindaje) es de aproximadamente 40 gramos. También se han utilizado esquemas similares, como los generadores termoiónicos .

El Departamento de Energía de los Estados Unidos ha desarrollado la fuente de calor de uso general (GPHS) principalmente para uso espacial. Estas GPHS se pueden utilizar individualmente o en grupos de hasta dieciocho para calentar componentes, pero se utilizan principalmente como fuente de calor para RTG. Cada GPHS contiene cuatro pastillas de combustible Pu-238 revestidas de iridio , de 5 cm de alto, 10 cm de lado y 1,44 kg de peso.

• Combustible nuclear
• Generador de radioisótopos
• Generador de radioisótopos Stirling
• Generador termoeléctrico de radioisótopos

• Sitio web de sistemas de energía de radioisótopos de la NASA: página de RHU
• Hoja informativa sobre la unidad de calentamiento de radioisótopos del sitio web de la misión Cassini de la NASA