El Centro de Investigación Glenn de la NASA está desarrollando la próxima generación de Generadores de Radioisótopos Stirling (SRG) para impulsar misiones científicas del espacio profundo. Una posible brecha tecnológica es el enfoque de rechazo del calor residual para los convertidores Stirling de mayor potencia. El anterior generador de radioisótopos avanzado Stirling de 140 W (ASRG) utilizaba una brida de conducción de aleación de cobre para transferir calor desde el convertidor a la superficie del radiador de la carcasa del generador. La brida de conducción incurriría en una penalización sustancial de rendimiento térmico y de masa para los sistemas Stirling más grandes. El esparcidor de calor de núcleo radial (RCHS) es un dispositivo pasivo de gestión térmica de dos fases desarrollado para resolver este problema mediante el uso de vapor de agua en lugar de cobre como medio de transporte de calor.

El RCHS es un hueco, disco de titanio con hoyuelos que utiliza agua hirviendo y condensada para transferir calor radialmente desde el centro donde se ubicaría el convertidor Stirling, al diámetro exterior donde se uniría la carcasa del generador. El RCHS experimental pesa alrededor de 175 gramos y está diseñado para transferir 130 W (térmicos) desde el centro al perímetro. Funciona a una temperatura nominal de 90 ° C con un rango utilizable entre 50 y 150 ° C. Para las pruebas, el convertidor Stirling fue reemplazado por un elemento calefactor eléctrico y la carcasa del generador fue reemplazada por un absorbedor de calor.

Dos campañas de vuelo parabólico y una prueba de vuelo suborbital proporcionaron datos esenciales en múltiples entornos de gravedad para evaluar el rendimiento térmico del RCHS. Los vuelos parabólicos tuvieron lugar durante 2013 y 2014. El vuelo suborbital tuvo lugar el 7 de julio de 2015 e incluyó dos unidades RCHS, uno paralelo y otro perpendicular al vector de lanzamiento. El cohete Black Brant IX entregó la carga útil del RCHS a una altitud de 332 km con más de ocho minutos de microgravedad. El propósito de este experimento fue determinar si el RCHS podría funcionar durante todas las fases de la misión. Dado que los SRG se alimentan y funcionan antes del lanzamiento, es crucial que se mantenga una gestión térmica adecuada durante la maniobra en tierra de 1 g, lanzamiento de hyper-g, y entornos espaciales micro-g. Los resultados de las pruebas verificaron que el RCHS podría tolerar los transitorios gravitacionales durante todo el vuelo suborbital, mientras transfiere la potencia térmica necesaria para mantener un convertidor Stirling dentro de sus límites de temperatura prescritos.

El RCHS probado en vuelo es un cuarto de la masa de la brida de conducción de cobre ASRG de última generación, y proporciona una transferencia de calor mejorada para minimizar la resistencia térmica. A medida que aumenta el nivel de potencia del convertidor Stirling, Los ahorros masivos y los beneficios del transporte de calor proporcionados por el RCHS aumentarán sustancialmente. La prueba de vuelo del cohete con sonda demostró que el RCHS podía mantener un control térmico adecuado durante la hipergravedad y microgravedad, independientemente de la orientación del dispositivo en relación con las fuerzas de lanzamiento.

El RCHS ha alcanzado un Nivel de preparación tecnológica (TRL) de seis para su uso en los sistemas de energía de Stirling a través de pruebas rigurosas en una amplia gama de entornos, incluido el lanzamiento, microgravedad y vacío térmico. Si la tecnología se adoptara en la próxima generación de SRG, se requerirían pruebas adicionales del sistema integrado.