SRG : alimentation électrique des sondes et rovers

L'alimentation électrique est un point sensible pour assurer le fonctionnement des sondes et robots divers, notamment quand la distance interdit d'utiliser les panneaux solaires.

Le Stirling Radioisotope Generator (SRG) est un système donné comme plus efficace que les RTG. Il n'a pourtant jamais été utilisé jusqu'à présent dans l'espace.

Un article déjà un peu ancien mais qui donne pas mal d'infos et même des schémas :

http://www.ne.doe.gov/pdfFiles/Stirling.pdf

Pour le SRG110, générateur radioisotopique à conversion Stirling (P=110 W), la source chaude est à 650°C, pour une durée de vie minimale de 120000h.
Rendement > 20%, p=4W/kg (approx.)
En octobre 2005, le temps de fonctionnement cumulé du système de test était de 13000h.
Disponibilité effective en 2009.
Pour les développements ultérieurs, le but est de monter au delà de 850°C et porter le rendement au dessus de 30%.

GRC, TM-2004-213186, "Advanced technology development for Stirling convertors"
Voir aussi :
GRC, TM-2005-213628
http://adsabs.harvard.edu/abs/2005AGUFM.P54A..05S
http://pdf.aiaa.org/jaPreview/JPP/2007/PVJA26444.pdf

Lambda0, je n'arrive pas à lire ton premier fichier même en renommant le fichier en pdf, quel est le format ?

Une autre présentation intéressante, le niveau technique est assez accessible :

http://esto.nasa.gov/conferences/nstc2007/presentations/D2P1.pdf

Un comparatif des diverses perfos :

J'ai vu que c'est surtout le modèle Sunpower Convertor mettant en oeuvre un alternateur à aimants mobiles qui atteint une puissance massique de 90 We/kg.

Steph a écrit:Lambda0, je n'arrive pas à lire ton premier fichier même en renommant le fichier en pdf, quel est le format ?

Il faut aller sur le serveur de rapports techniques NASA :
http://ntrs.nasa.gov/search.jsp
Dans la fonction recherche, donner les références TM-2004-213186 et TM-2005-213628. Les deux fichiers sont bien en format pdf.

Henri a écrit:J'ai vu que c'est surtout le modèle Sunpower Convertor mettant en oeuvre un alternateur à aimants mobiles qui atteint une puissance massique de 90 We/kg.

Je soupçonne qu'il s'agit du système de conversion seul, sans la source de chaleur, radiateurs, etc., mais c'est à confirmer. Pour le système complet, compter plutôt entre 4W/kg (état de l'art) et 10W/kg (systèmes avancés).
Le ASRG disponible l'année prochaine, successeur du SRG110, est donné à 7W/kg.

A+

lambda0 a écrit:

Steph a écrit:Lambda0, je n'arrive pas à lire ton premier fichier même en renommant le fichier en pdf, quel est le format ?

Il faut aller sur le serveur de rapports techniques NASA :
http://ntrs.nasa.gov/search.jsp
Dans la fonction recherche, donner les références TM-2004-213186 et TM-2005-213628. Les deux fichiers sont bien en format pdf.

Moi, j'avais ça dans mes tablettes :
http://solarsystem.nasa.gov/scitech/display.cfm?ST_ID=705
puis cliquer sur l'image pour télécharger le pdf de 112 pages ...

On y trouve des tableaux intéressants qui comparent MMRTG avec SRG.
A noter qu'il y a un fonctionnement moins efficace dans l'espace ou sur Mars. Les comparaisons sont donc parfois délicates.

A+,
Argyre

Argyre a écrit:
Moi, j'avais ça dans mes tablettes :
http://solarsystem.nasa.gov/scitech/display.cfm?ST_ID=705
puis cliquer sur l'image pour télécharger le pdf de 112 pages ...
...

Merci pour ce doc très intéressant. En balayant rapidement, j'ai vu des propositions de missions assez intéressantes utilisant ces composants, je lirais celà plus attentivement ce soir.
Apparemment, on reste sur l'alimentation de l'instrumentation de bord (il faudrait 2 à 3 kW pour alimenter un moteur NSTAR, et même à 8W/kg, il n'est pas certain que ce soit intéressant).

A+

lambda0 a écrit:

Steph a écrit:Lambda0, je n'arrive pas à lire ton premier fichier même en renommant le fichier en pdf, quel est le format ?

Il faut aller sur le serveur de rapports techniques NASA (...)

Autant pour moi, j'avais fait clic-droit -> enregistrer sur le lien au lieu de l'ouvrir ...

Argyre a écrit:Moi, j'avais ça dans mes tablettes :
http://solarsystem.nasa.gov/scitech/display.cfm?ST_ID=705
puis cliquer sur l'image pour télécharger le pdf de 112 pages ...

Intéressant comme le dit Lambda0, j'aime bien la liste des missions proposées.

A noter ce doc récent (juin 2007) sur le SRG110 :
http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20070023440_2007022745.pdf

Steph a écrit:
...
A noter ce doc récent (juin 2007) sur le SRG110 :
http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20070023440_2007022745.pdf

En résumé : ça marche

On devrait quand même bien être capable de faire ce genre de chose en France, par une collaboration entre le CEA et le CNES, et le document donné plus haut par Argyre montre bien l'éventail de missions qu'ouvre la disponibilité de ce composant.
De plus, on peut avoir une capacité de production de plutonium 238, contrairement aux américains qui doivent l'acheter à l'étranger.

lambda0 a écrit:...De plus, on peut avoir une capacité de production de plutonium 238, contrairement aux américains qui doivent l'acheter à l'étranger.

Etonnant, j'en avais déjà entendu parler. Pourtant il doit bien exister une demande de 238Pu aux USA, puisqu'on l'utilise également dans des stimulateurs cardiaques.
Quelle est l'origine de cette absence de capacité de production aux USA ?

Henri a écrit:
...
Quelle est l'origine de cette absence de capacité de production aux USA ?

Hypothèse :
je pense que c'est lié au fait qu'ils n'ont pas de filière de retraitement des déchets de leurs centrales.
En France, on sépare déjà le plutonium, mais le Pu238 serait plutôt fabriqué par irradiation du neptunium-237 qu'on peut aussi séparer des autres actinides (le plutonium provenant des déchets contient peu de Pu238, on a surtout les isotopes 239 et suivants, formés par capture de neutrons à partir de U238, et la séparation isotopique doit être assez coûteuse).
Ils peuvent toujours le fabriquer directement par ailleurs en petites quantités pour d'autres applications, mais je pense que celà couterait extrêmement cher pour les quantités requises pour un RTG.

A+

Je pense tout de même qu'un petit réacteur à 235U enrichi est moins dangereux (et donc moins coûteux) à manipuler que les isotopes à courtes périodes et forte activité des générateurs isotopiques. La question étant de savoir quelle serait la puissance par unité de masse d'un petit réacteur de l'ordre de 1 kWe comparée aux quelques We/kg des générateurs isotopiques.

A ce niveau de puissance, pas certain que ce soit plus intéressant qu'un RPS du point de vue de la masse. Et pour protéger l'instrumentation, il faut prévoir plus de blindage contre les rayonnements gammas une fois que le générateur a démarré.
Mais c'est vrai qu'en théorie, ces petits convertisseurs Stirling pourraient aussi bien être couplés à un générateur à fission.

Sinon, dans la gamme des petits réacteurs à fission, il y a le HOMER-15, avec une conversion par cycle Brayton, mais je ne sais pas où en est vraiment le développement.

Je pense que les RPS sont bien adaptés au besoin tant qu'il s'agit d'alimenter l'instrumentation de bord, ou éventuellement un rover, et qu'on passerait aux générateurs à fission à partir de 10kW, pour alimenter une propulsion par exemple, mais celà demande aussi plus de développement.

A+

EDIT:
Pour un comparatif entre RPS/fission et conversion Stirling/Brayton, voir ici :
http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20010016863_2001017594.pdf

Je pensait aux précautions de maniaque qui sont nécessaires pour manipuler des isotopes alpha à courtes périodes comme 238Pu... Avec une période de 700 Ma, 235U est beaucoup moins actif, il faut juste se méfier des accidents de criticité.

lambda0 a écrit:On devrait quand même bien être capable de faire ce genre de chose en France, par une collaboration entre le CEA et le CNES, et le document donné plus haut par Argyre montre bien l'éventail de missions qu'ouvre la disponibilité de ce composant.

Hélas oui, cent fois oui ... :|

J'ai trouvé ça sur Homer-15 :
http://minilien.com/?UQhTL7xM2Q (version déprotégée ;))
Une description assez détaillée de Homer-15 et de Homer-25 commence à partir de la page 8.

L'original se trouve à :
https://netfiles.uiuc.edu/mragheb/www/NPRE%20402%20ME%20405%20Nuclear%20Power%20Engineering/Space%20Power%20Reactors.pdf
(mais il est tellement protégé qu'on ne peut ni l'imprimer ni faire de copier-coller avec !)

Merci pour ce document (très récent).
Apparemment, c'est plutôt un générateur destiné à fournir une source d'énergie à une équipe d'exploration. Et il s'agit d'une conversion Stirling, contrairement à ce que j'ai écrit plus haut (pour le modèle 25kWe, le cycle Brayton pouvait aussi être intéressant).
Remarquer la masse importante du bouclier, même en installant le réacteur à distance respectable de la zone habitée.
Je n'ai pas l'impression que le développement soit avancé au point de tester un prototype, ce serait plutôt encore au niveau de l'étude théorique.

A+

Apparemment les auteurs de cet article ont des vélléités d'utilisation de l'énergie nucléaire bien au delà de résoudre les problèmes d'alimentation électrique indispensable pour des sondes lointaines ou des rovers d'exploration :

The process can be encouraged by humans by exploding thermonuclear devices at the poles releasing more carbon dioxide to its atmosphere, followed by the insertion of bacterial life from Earth

:affraid: :affraid: :affraid:

Pour ce qui est de l'appareil envisagé (le Homer 25) , avec une masse de 2,3 t - au moins- on vise une installation fixe.

Henri a écrit:[size=12]J'ai trouvé ça sur Homer-15 :

J'avais aussi trouvé cette application du HOMER-15 :
http://trs-new.jpl.nasa.gov/dspace/bitstream/2014/7974/1/03-2907.pdf

montmein69 a écrit:Apparemment les auteurs de cet article ont des vélléités d'utilisation de l'énergie nucléaire bien au delà de résoudre les problèmes d'alimentation électrique indispensable pour des sondes lointaines ou des rovers d'exploration :

The process can be encouraged by humans by exploding thermonuclear devices at the poles releasing more carbon dioxide to its atmosphere, followed by the insertion of bacterial life from Earth

:affraid: :affraid: :affraid:

Les 7 premières pages du documents ressassent les poncifs sur l'exploitation de l'3He lunaire et le terraformage de Mars, en oubliant de préciser qu'on en est qu'aux balbutiements de l'utilisation du tritium (alors l'3He !) et que le terraformage de Mars nécessiterait des millénaires, mais à partir de la page 8, les choses intéressantes commencent.
Maintenant je ne fait pas de fixette écolo sur l'usage civil des explosifs nucléaires. Tout dépend des avantages possibles et de l'impact sur un éventuel environnement biotique et sur les équipages. L'absence de biotope dans le reste du système solaire (quotidiennement et copieusement arrosé par des sources naturelles de radiations) est de toute façon de plus en plus probable... Les seuls arguments sérieux s'opposant à un éventuel terraformage de Mars (fusse au forcep thermonucléaire) sont à court terme la destruction de traces de vie fossiles, interdisant ainsi leur étude, et à long terme... la trop grande durée du terme...
Accessoirement, la proposition du papier sur ce sujet est d'autant moins sérieuse que l'énergie libérée par la totalité de l'arsenal thermonucléaire de l'Humanité serait microscopique face aux processus naturels (ensoleillement, chutes météoritiques, etc...). Un simple exemple, l'impact d'une sidérite de 250 m de long comme Apophis libérerait une énergie monstrueuse (1,5 Gt de TNT) à coté de laquelle l'arsenal nucléaire français ferait piètre figure. Pour des tailles s'approchant du km, l'énergie libérée surclasse largement tout l'arsenal nucléaire mondial.

Henri a écrit:, mais à partir de la page 8, les choses intéressantes commencent..

Tu as raison, ma remarque nous éloigne du sujet intéressant.

Une page (simple) sur le concept du moteur Stirling

http://www.stirlingenergy.com/whatisastirlingengine.htm

montmein69 a écrit:

Henri a écrit:, mais à partir de la page 8, les choses intéressantes commencent..

Tu as raison, ma remarque nous éloigne du sujet intéressant.

Une page (simple) sur le concept du moteur Stirling

http://www.stirlingenergy.com/whatisastirlingengine.htm

La page du wikipedia anglophone est pas mal non plus, avec le schéma animé explicatif :
http://en.wikipedia.org/wiki/Stirling_engine

Je ne savais pas s'il fallait que je crée un nouveau fil, ou que j'en parle dans celui-là vu qu'on s'éloigne un peu des sondes et des rovers. Autant centraliser ces infos intéressantes.

La NASA a commencé à étudier un générateur nucléaire de 40 kW pour l'exploration lunaire (et martienne).
Elle a choisi deux compagnies pour réaliser des démonstrateurs d'une puissance de 12 kW, l'une étudiera un générateur à cycle stirling et l'autre un générateur à cycle brayton. Une seule sera sélectionnée par la suite pour réaliser un prototype.

A noter que pour toutes ces étapes, il n'y aura pas utilisation de matière fissile, celle ci sera simulée.

http://www.nasa.gov/home/hqnews/2008/sep/HQ_08-227_Moon_Power.html

Les deux sélectionnées :
http://www.sunpower.com (pas mal de publications que je n'ai pas eu le temps de lire)
http://www.barber-nichols.com