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未来宇航探索的主要能源仍然是核动力

2020-11-17 14:46:52 中国航空报 逸文

中国航空报讯:太空探索飞行器的性能是由其动力源决定的,所以当NASA在设计“毅力”号火星探测器时使用了放射性钚。这些钚单元是一类相当不错的飞船能源——NASA的“好奇”号火星探测器就使用了相似的设备。
  “NASA喜欢探索,我们不得不在一些极其遥远、多尘、黑暗的地方和恶劣的环境中进行探索。”NASA位于俄亥俄州的格伦研究中心的核燃料专家June Zakrajsek在美国能源部(DOE)关于“毅力”号任务的短视频中这样说。“我们在宇宙环境中,太阳能不能一直为我们提供所需的能量。光线就是不能到达我们所需要的位置。”
  当然,一些NASA的火星探测任务使用了太阳能,现在身处火星上的“洞察”号着陆器就搭载了太阳能电池板,本世纪初的“勇气”号和“机遇”号火星车这对“双胞胎”也一样。但由于火星上太阳能很微弱,“机遇”号已沦为了一个摆设,因为一场巨大的沙尘暴阻断了它步入阳光的路,而它也就此驶向终结。但如果将核能作为火星车的能源,我们就不需要为这种情况担忧。所以在“毅力”号探测车的设计上,NASA转而在一个名为多任务放射性同位素热电发生器(MMRTG)的系统中使用了钚,它能够为飞船提供大约14年的能量。
  美国橡树岭国家实验室的核能专家Bob Wham在同一短视频中说:“在没有辅助设备,也没有修理工的情况下,它就必须是完全可靠的。”正如“毅力”号火星车剩下的部分,MMRTG很大程度上借鉴了“好奇”号火星车。“好奇”号火星车2011年发射,于2012年在火星着陆并稳定工作至今。根据美国能源部的数据,“毅力”号火星车搭载MMRTG已经投入使用了七年,其工作时间和为“好奇”号火星车供能的上一代产品几乎一样长,价格也高达7500万美元。(其他种类的核动力源也曾执行过深空航行任务,例如,有40年历史的旅行者号探测器和穿越土星环的卡西尼号飞船。)
  按照设计,“毅力”号的MMRTG能产生110瓦特的功率,大概与一个电灯泡的能耗相同。钚将会衰变并散发热量,发电机会将其转化为能量,为火星车上的设备供能,并产生足够的热量以保护航天器免受火星上寒夜和寒冬的影响。钚是由一种与现在完全不同的元素镎制备而来的,科学家在核反应堆中用中子照射了它两个月,才将其转化为MMRTG所需的钚。接下来,钚又与陶瓷混合在一起制成化合物,相比于用在武器中的那些,它更加安全。
  尽管如此,将一个核动力源放在火箭的顶部还是需要一些预防措施的。最重要的是每一个钚颗粒都封闭于铱中,如果它落回地球,铱将会把放射性物质控制在内部。根据NASA和美国能源部的说法,曾三度发生空间核动力源返回地面的情况,但没有一次造成任何损害,其中一个动力源甚至从海洋中被捕捞出来供另一项任务使用。
  NASA给这一发射任务的控制小队增强了人手,以协调任务中核方面的任何必要应对措施。为了“毅力”号的发射,美国政府预估了发射当天可能出现的所有意外事件,涵盖了从发射前可能产生一系列地理影响的问题到升空后地球轨道阻碍飞船驶向火星的问题。
  根据美国政府的模型,这两种情况发生的概率都小于0.1%。如果在发射过程中确实发生了问题,计算表明最严重的核泄漏相当于美国居民受到八个月的核辐射。“毅力”号现在已经被安装到发射台上,搭载了包含32个银色的热块状燃料的MMRTG,准备被发射至火星。与“好奇”号不同的是,“毅力”号的一部分是由美国全新制造的。根据“好奇”号降落后Slate网站的报道,这些任务中使用的钚来自核武器制造过程中的副产品。美国政府在上世纪80年代终止了这一类钚的供应,因为他们认为这些钚已经足够使用了。
  但最近,NASA 一直在限制这一能源的供给,这就是美国能源部在2015年决定重新开始生产钚的原因。根据美国能源部的数据,现在每年能生产14盎司(400克)钚,并着眼于在2026年每年生产3.3磅(1.5千克)。至于这些钚的去向,NASA未来的核动力任务已经在进行当中。该机构的“蜻蜓任务”将向土星发射一架大型探测器,它将由MMRTG供能。这一航天器计划将于2026年发射。 

责任编辑:实习编辑