L'Université de Leicester est le fer de lance du développement de nouvelles technologies de production d'électricité pour l'exploration spatiale dans le cadre d'un programme financé par l'Agence spatiale européenne.

Leicester est un leader mondial dans le développement de systèmes nucléaires spatiaux pour la production d'électricité, le chauffage et la gestion thermique des engins spatiaux sous la forme de générateurs thermoélectriques à radio-isotopes (RTG) et d'unités de chauffage à radio-isotopes (RHU).

Maintenant, des chercheurs du Centre de recherche spatiale du Département de physique et d'astronomie ont construit le premier prototype de RTG et le premier RHU destinés à utiliser la chaleur résiduelle de l'américium-241. L'équipe dirigée par l'Université de Leicester a construit et testé avec succès des prototypes de 10 watts RTG et 3 watts RHU qui utilisent le chauffage électrique pour simuler la chaleur générée par une source d'américium.

Richard Ambrosi est professeur d'instrumentation spatiale et de systèmes d'énergie nucléaire spatiale à l'Université de Leicester et est le chef de projet à l'Université.

Il a déclaré :« Afin de repousser les limites de l'exploration spatiale, innovations dans la production d'électricité, robotique, des véhicules autonomes et une instrumentation avancée sont nécessaires.

« Les sources d'énergie radio-isotope sont une technologie importante pour les futures missions européennes d'exploration spatiale, car leur utilisation se traduirait par des engins spatiaux plus performants, et des sondes pouvant accéder à distance, froid, environnements sombres et inhospitaliers.

« Les missions utilisant l'énergie nucléaire offrent une plus grande polyvalence dans des environnements difficiles, avec une mission fournissant la science qui ne pourrait être réalisée qu'à partir de plusieurs missions utilisant l'énergie solaire, avec des durées de vie opérationnelles considérablement plus longues (par exemple, Voyager, Ulysse, Cassini). Dans de nombreux cas, les systèmes nucléaires peuvent permettre des missions qui seraient autrement impossibles. »

Le National Nuclear Laboratory (NNL) dirige la production d'américium-241 par extraction chimique à partir des stocks de plutonium civil du Royaume-Uni, ainsi que le développement de la forme de pastilles de combustible à l'américium. NNL fournira le carburant pour les systèmes électriques développés par l'Université de Leicester et ses partenaires.

L'Université de Leicester, avec Airbus Defence and Space Ltd, Université Queen Mary de Londres, European Thermodynamics Ltd., Lockheed Martin UK et Fluid Gravity Engineering Ltd. ont développé et testé un prototype de 10 watts d'un générateur thermoélectrique à radio-isotope.

Conçu pour être alimenté par l'américium-241, le RTG modulaire pourra générer jusqu'à 50 W de puissance électrique. Ce programme s'appuie sur le développement et les tests réussis d'un prototype RTG de laboratoire 4 W à plus petite échelle.

European Thermodynamics Ltd. est impliquée dans le développement de la technologie de gestion thermoélectrique et thermique du projet.

Le directeur technique Kevin Simpson a déclaré :« Les produits destinés aux applications spatiales sont conçus selon les spécifications les plus élevées possibles. Nous sommes impatients de développer d'autres produits de récupération d'énergie et d'intégrer cette technologie dans les applications terrestres.

En outre, en travaillant avec Lockheed Martin UK, Johnson Matthey et le Laboratoire nucléaire national, Leicester a développé et testé un prototype d'unité de chauffage à radio-isotopes de 3 watts. Ce système est conçu pour garder le vaisseau spatial au chaud dans des endroits difficiles.

Le professeur Ambrosi a déclaré que le programme spatial européen s'est concentré sur l'américium 241 et que le Royaume-Uni dispose de ressources uniques sur lesquelles construire une capacité européenne indépendante dans le domaine de l'énergie nucléaire spatiale dans le cadre d'un programme rentable et rapide.

Le professeur Ambrosi a déclaré :« Actuellement, l'accent est mis sur deux projets de développement visant à étendre les systèmes de laboratoire à des prototypes expérimentaux plus proches du vol. Dans les deux cas, le chauffage électrique est utilisé pour permettre le développement en laboratoire.

Tony Crawford, le membre de l'équipe de Leicester responsable de l'assemblage du prototype, a déclaré:"En tant que technicien en chef mécanique ici au Centre de recherche spatiale, je suis très heureux et fier de faire partie de ce programme d'énergie nucléaire spatiale passionnant. Avec un petit, équipe très bien motivée, nous avons utilisé notre expérience dans la conception, test et livraison de matériel de vol spatial pour construire et tester de nombreuses configurations de RTG et RHUunits. Avec chaque étape réussie du programme, nous nous rapprochons d'une étape passionnante de la production d'une unité qualifiée pour le vol."

Dr Hugo Williams, le responsable de l'ingénierie du projet, a souligné certains des défis liés aux matériaux présentés par le projet :« L'énergie nucléaire spatiale présente des défis passionnants en matière de matériaux, allant des matériaux qui doivent fonctionner à des températures et des charges mécaniques très élevées aux matériaux thermoélectriques ; un matériau intelligent qui convertit l'énergie thermique en énergie électrique. Développement et la caractérisation de ces matériaux ont des avantages potentiels dans de nombreuses autres applications."

La récupération d'énergie des RHU utilisant la conversion thermoélectrique pourrait offrir une option attrayante pour les missions plus petites où de petites quantités d'énergie électrique combinées à des sources de chaleur pourraient ouvrir une gamme de scénarios d'exploration spatiale.

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.