Las fuentes de energía nuclear utilizadas en la industria aeroespacial incluyen generadores termoeléctricos de radioisótopos, generadores termoeléctricos de reactores nucleares y generadores termoiónicos. Generalmente, se componen de tres partes: fuente de calor, convertidor de energía (convertidor termoeléctrico) y radiador.

La fuente de calor comúnmente utilizada (también conocida como combustible) del generador termoeléctrico de isótopos es el radioisótopo p-238 o su óxido, que produce partículas alfa cuando se desintegra y no requiere una máscara gruesa.

Para evitar que el generador se queme cuando vuelva a entrar en la atmósfera y cause contaminación, la caja exterior de la fuente de calor está hecha de un material especial de grafito. La parte principal del transductor es un termopar, que se compone de elementos semiconductores de telururo de plomo, antimonio, telururo, germanio, plata o aleación de germanio y silicio, tipo p y tipo n.

Varios pares de pares eléctricos están conectados en serie y en paralelo para formar una pila, el extremo caliente está cerca de la caja de la fuente de calor y el extremo frío está conectado al disipador de calor. El radiador está hecho de metal con buena conducción de calor, de modo que la temperatura del extremo frío sea lo más baja posible para aumentar la diferencia de temperatura y mejorar la eficiencia de conversión termoeléctrica.

La eficiencia total de conversión termoeléctrica del sistema de generación de energía es del 4,2% al 6,6% y la potencia específica es de 1,3 a 4,2 W / kg. Este tipo de sistema de generador es simple, confiable y la fuente de calor tiene un largo período de trabajo, pero el plutonio 238 es difícil de producir en masa, el precio es alto, la energía eléctrica es pequeña (menos de 1 kilovatio) y el específico la eficiencia de conversión de energía y termoeléctrica es baja.

En 1961, Estados Unidos lanzó por primera vez el satélite de navegación “Midridian” utilizando un generador termoeléctrico de isótopos con una potencia eléctrica de 2,7 vatios y una potencia específica de aproximadamente 1,3 vatios / kg. La fuente de calor del generador termoeléctrico del reactor nuclear es el uranio 235, y el calor generado por la desintegración se conduce al extremo caliente del reactor termoeléctrico con un tubo de calor de sodio y molibdeno.

La desintegración del uranio 235 produce una gran cantidad de neutrones rápidos y rayos gamma, que afectarán gravemente al funcionamiento de los dispositivos electrónicos de la nave espacial, y deben protegerse con una gruesa capa de plomo. Esta fuente de energía se utilizó en el satélite SNAP-10A lanzado en 1965, con una potencia eléctrica de 560 vatios, 11 kilogramos de combustible y 43 días de funcionamiento.

El generador termoiónico transfiere el calor generado por la desintegración del uranio 235 al emisor del diodo termoiónico para calentarlo y generar iones termoiónicos, estos iones termoiónicos son transferidos al colector a través del vapor de cesio entre los electrodos para obtener energía eléctrica. Un generador termoiónico práctico tiene una temperatura de emisor de 1773K y una temperatura de colector de 773K.

Cada generador tiene 50 kilogramos de combustible y una potencia de 3-5 kilovatios. El uranio 235 utilizado en este tipo de generador es relativamente barato y fácil de suministrar, pero la confiabilidad del generador es pobre (ver sistema de energía de la nave espacial).