במשימות חלל קודמות, שימשו תאים סולריים (אנרגיה סולארית) כמקור אנרגיה. תאים סולריים מייצרים זרם חשמלי כאשר פוגעת בהם קרן אור. אך בחלל נוצרות מספר בעיות:

  • קולטי הקרינה חייבים להיות נקיים, דבר שאיננו אפשרי לאורך זמן.
  • קולטי הקרינה חייבים לקבל קרינה של השמש המכוונת ישירות לקולטי הקרינה.
    בגלל סיבוב הכוכב, ובגלל תופעות של עננים בשמי הכוכב, זה לא תמיד אפשרי.

 
מקור האנרגיה של רכב המאדים מבוסס על גנרטור רדיו-איזוטופי תרמואלקטרי 
(Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator)  ובקצרה : MMRTG

הסבר אופן הפעולה שלו, דורש מהקוראים רקע כללי במספר עקרונות פיסיקליים, ולהשלמת הידע, רצוי לפנות לויקיפדיה ולאתר זה, לערכים האלו:


הסבר כללי:

  • מקור האנרגיה של רכב המאדים הוא חומר רדיואקטיבי  שמתפרק וגורם לחימום הסביבה.
  • החום מומר לזרם חשמלי באמצעות Thermocouples (צמדים חומניים), שהם צמדי לוחות של מתכות שונות, שברגע שיש הפרש טמפרטורות לאורכן, נוצר בהם זרם חשמלי.
  • הזרם שנוצר טוען את מצברי הרכב.

 
הסבר מפורט:
מקור האנרגיה של רכב המאדים הוא פלוטוניום 238 (Plutonium), יסוד כימי מתכתי רדיואקטיבי.
הפלוטונים הוא תוצר לוואי של תהליך הביקוע המתרחש בכורים גרעיניים מסוימים, ובחלק מפצצות הביקוע הגרעיני. הוא קיים גם באופן טבעי, בכמויות מזעריות.
הפלוטוניום פולט קרינה רדיואקטיבית שגורמת לחימום. 
(חלקיקי הביקוע מהירים מאוד ומעבירים את האנרגיה שלהם לכל חומר בו הם עוברים, דבר שמייצר חום).

  
להלן הסבר למספר 238 המצורף לשם היסוד:
לפלוטוניום יש כ-15 איזוטופים (אטומים דומים, בעלי אותו מספר פרוטונים, אך מספר נייטרונים שונה). אחד מהם, מספרו 238, כלומר המספר הכולל של פרוטונים ונייטרונים אצלו הוא 238. 

אורך הזמן שבו חומר רדיואקטיבי פולט קרינה, מתאפיין ע"י הגורם הנקרא: "זמן מחצית החיים" שהוא הזמן בו מחצית החומר מתפרקת לחומר אחר.
מאחר ו"זמן מחצית החיים" של פלוטוניום 238 הוא כ-88 שנים, מובטחת אספקת אנרגיה זמן רב.
כמות של גרם אחד ממנו מייצרת כ-0.5 ואט של הספק אנרגיה

כעת נסביר כיצד מומרת אנרגיית חום זו לאנרגיה חשמלית: 

החום מומר לחשמל ע"י ניצול "אפקט זבֶק" (Seebeck effect) שיוסבר כאן בצורה פשוטה:

שני כבלים עשויים ממתכות שונות מוליכות (לדוגמה: ברזל ונחושת), מחוברים ביניהם עם שני צמתים. הפרש טמפרטורות בין T2  ו- T1יגרום לזרם חשמלי במעגל של שני החוטים על פי הדיאגרמה הבאה:

האפקט הזה התגלה בשנת 1821 ע"י הפיסיקאי הגרמני תומס יוהן זבֶק (Thomas Johann Seebeck), ונקרא לכן על שמו.
המתח שנוצר קטן מאוד וגודלו יחסי (כמעט לינארית) להפרש הטמפרטורות בין T1  ו-T2.
כך לדוגמה, הפרש טמפרטורה של 100 מעלות עבור הצמד ברזל-נחושת יתן מתח בסדר גודל של מיליוולט אחד.

ליחידה הנוצרת מאפקט זה, קוראים צמד חומני (Thermocouple).
השימוש העיקרי שלה בתעשייה הוא למדידת טמפרטורה, כאשרT1   ידוע ומדידת הזרם החשמלי תמדוד לכן את הפרש הטמרטורות  ותתן את  T2 כתוצאה.

השימוש שנעשה בה במעבדת המאדים MSL הוא ליצירת חשמל באופן הבא:

הגנרטור  MMRTG מכיל 8 יחידות צמד חומני (Thermocouples) ופלוטוניום בהרכב כימי PuO2 (פלוטוניום אוקסיד), במשקל 4.8 ק"ג, שמייצר 2000 ואט של אנרגיית חום, שמהם נוצרים כ-100 ואט של אנרגיה חשמלית.

החימום נדרש גם לרכב החלל והמכשירים שלו, כהגנה מהטמפרטורות הנמוכות ששוררות בחלק מהזמן על המאדים (טווח הטמפרטורות על הכוכב נע בין מינוס  143 לפלוס 27 מעלות צלזיוס!).

האנרגיה החשמלית המופקת מ-MMRTG נטענת לשתי סוללות נטענות (מצברים) מסוג ליתיום-יון. סוללות  כאלה נפוצות כיום במחשבים ובטלפונים ניידים, וגם בכלי-הרכב ההיברידיים.

להלן סרטון קצר בנושא זה (באנגלית) :  https://www.youtube.com/watch?v=lTB6Su4ciNc

ומספר תמונות של הגנרטורMMRTG :

 תמונה ברשות הציבור, יוצר התמונה: US department of energy

 

תמונה ברשות הציבור, יוצר התמונה: US department of energy

גיזי בן-טובים
המחלקה להוראת מדעים
מכון ויצמן למדע



הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.

3 תגובות

  • יוני

    האם מחשב גם מוציא קרינה

    האם ישיבה ליד מחשב גם מוציאה קרינה, אני עובד בקידום אתרים מול http://seo-google.co.il/
    האם יש לי סיבה להיות מודאג?

  • רון

    האם המצבר לרכב עובד בצורה

    האם המצבר לרכב עובד בצורה דומה באופן שזה משתנה בין רכב לרכב ? ראיתי כתבה שמדברת על כך ב http://matzberim.net/ אשמח לדעת עוד על העניין

  • יונתן

    קרינה ממושכת מול נזק אפשרי.

    הרבה פעמים אני מתלבט, האם קרינה ב<a href="http://greenextreme.co.il/product-category/רכב-חשמלי/">רכב חשמלי</a>, באופן שהוא די קבוע למשל ברכבים כמו <a href="http://greenextreme.co.il/product-category/קלנועית/">קלנועית</a> או <a href="http://greenextreme.co.il/product-category/קלאב-קאר/">קלאב קאר</a>, יכולה להיות קרינה. האם אורך הגל מול התדירות אכן גבוהה, ולכן ישנה סכנה של ממש. אשמח לקבל תשובה מפורטת, או מקורות קריאה לנושא הנ"ל.