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MHW-RTG
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Le MWH-RTG (de l'anglais Multi-Hundred Watt Radioisotope Thermoelectric Generator) est un générateur thermoélectrique à radioisotope (RTG en anglais) développé par l'agence spatiale américaine, la NASA, pour alimenter en énergie électrique ses sondes spatiales Voyager lancées en 1977 et devant survoler les planètes externes du système solaire (Jupiter, Saturne, ...). A cette distance du Soleil les panneaux solaires ne permettent plus de produire suffisamment d'énergie. Chaque générateur MWH-RTG est constitué d'une part d'éléments chauffants à radioisotope (RHU en anglais) constitués de billes de plutonium 238 (au total 4,5 kg) et d'autre part de thermocouples en alliage silicium-germanium transformant l'énergie thermique en énergie électrique.
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Les sondes spatiales Voyager emportaient trois MWH-RTG produisant chacun 157 Watts électrique. Deux satellites expérimentaux ont également utilisé des générateurs MWH-RTG. Les générateurs MWH-RTG ont été remplacés par la suite par les GPHS-RTG (première utilisation par la sonde spatiale Galileo lancée en 1989).
La NASA et les générateurs thermoélectriques à radio-isotope
Courant 2026 la NASA a développé successivement quatre générations de générateur thermoélectrique à radio-isotope. Dans l'ordre chronologique ce sont :
| Caractéristique | SNAP-19 | SNAP-27[6] | MHW-RTG | GPHS-RTG | MMRTG |
|---|---|---|---|---|---|
| En production | non | non | non | non | oui |
| Énergie électrique | 40 W | 70 W | 157 W | 285 W | 108 W |
| Énergie thermique | W | 1430 W | 2243 W | 4215 W | 1893 W |
| Masse totale | 15,2 kg | 20 kg | 38 kg | 56 kg | 45 kg |
| Masse plutonium | 4,5 kg | 7,6 kg | 4,8 kg | ||
| Ratio énergie/masse | 3,5 W | 4,2 W | 5,1 W | 2,8 W | |
| Rendement | 6,5% | 6,3% | |||
| Dimensions extérieures | 46 cm x ∅ 41 cm | 58 cm x ∅ 40 cm | 114 cm x ∅ 42 cm | 67 cm x ∅ 64 cm | |
| Exemples de mission | Pioneer 10 et 11 (1972), Viking 1 et 2 (1975) | Apollo 12 à 17 (1969-1972) | Voyager 1 et 2 (1977) | Galileo (1989), Cassini-Huygens (1997) | Mars Science Laboratory (2011), Mars 2020 (2020), Dragonfly (2028) |
Développement du MHW-RTG
Le MHW-RTG a été conçu pour répondre aux besoins des deux missions du Programme Voyager à destination des planètes externes du système solaire. Ces sondes spatiales avaient besoin de plus d'énergie que ce que pouvaient fournir les générateurs thermoélectriques à radioisotope SNAP-19 disponibles qui ne produisaient que 40 Watts électriques.
Caractéristiques techniques
Chaque GPHS-RTG a un diamètre de 40 cm pour une longueur de 58 cm. Sa masse est de 37,7 kg dont 4,5 kg de plutonium 238. Il produit 2400 Watts thermiques que les thermocouples convertissent en 157 Watts électriques. Il comprend deux sous-ensembles. D'une part le système produisant de la chaleur qui est constitué de 18 billes d'oxyde de plutonium enrobées d'une double coque d'iridium métallique et de graphite (protection contre un impact) et dont le diamètre extérieur est de 3,7 centimètres. Chaque bille produit 100 Watts d'énergie thermique. D'autre part le convertisseur constituées de 312 thermocouples en silicium-germanium qui utilisent l'effet Seebeck pour transformer l'énergie thermique en énergie électrique avec un rendement en début de vie de 6,5%. Les thermocouples sont fixés sur la structure cylindrique en beryllium qui entourent les billes de plutonium formant 24 rangées de 13 thermocouples. L'extrémité chaude des thermocouples est portée à 1000°C tandis que l'extrémité froide est à 300°C. Le RTG est conçu pour une durée de vie de 14 ans minimum mais les sondes Voyager qui les mettent en oeuvre sont toujours opérationnelles 48 ans après leur lancement. La demi-vie du plutonium 238 est de 87,7 ans (à cette échéance l'énergie thermique est divisée par deux)[2].
Les GPHS-RTG ont été conçus et produits par General Electric Space Division à King of Prussia, en Pennsylvanie (repris par la suite dans les activités de Martin Marietta et de Lockheed Martin).
- Schémas d'un MHW-RTG
Schéma en coupe d'un MHW-RTG montrant sa structure interne.
Schéma en coupe d'un MHW-RTG montrant sa structure externe.
Utilisation
Successeur : le GPHS-RTG
Le MHW-RTG a été remplacé par le GPHS-RTG (General Purpose Heat Source – Radioisotope Thermoelectric Generator) qui a été mis en œuvre pour la première fois par la sonde spatiale Galileo lancée le 18 octobre 1989 à destination de la planète Jupiter[3].
