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美国将为深空开发紧凑型核动力电池

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NASA 已经为罗切斯特理工学院的一个项目开了绿灯,该项目旨在开发一种比目前用于行星任务的核能源小十倍的核能源。

今天运行的大多数卫星都由太阳能电池板提供动力,太阳能电池板通过吸收光子并在产生电流的面板电池的材料中造成潜在的不平衡,将太阳光转化为电能。 这些面板的工作非常好,但在火星轨道以外的深空,或者在火星沙尘暴或月球漫漫长夜等恶劣条件下,阳光根本无法产生必要的能量。

作为替代方案,许多航天器携带多用途放射性同位素热发电机 (MMRTG),利用温度梯度发电。 换句话说,放射性同位素产生热量,热电偶将其直接转化为电能。 这一原理为工程师所熟知,并在地球上广泛用于煤油供电的收音机和可以为移动设备充电的熔炉等设备。

美国航空航天局

MMRTG 的问题在于它们相对笨重。 例如,NASA 的毅力号火星车上使用的那对直径为 64 厘米,长度为 66 厘米,重量为 45 公斤。 它们每个包含 4,8 千克二氧化钚作为燃料,在放射性元素衰变期间为固态热电偶提供热量。

因此,这些 MMRTG 专为超大型航天器而设计,而毅力号的大小与 SUV 相当。 这是因为所使用的系统只有这么多的比功率,这是衡量每台机器可以产生多少瓦功率的指标。 家用轿车的比功率为 50 至 100 瓦/公斤,而战斗机大约为 10 瓦/公斤。 相比之下,MMRTG 的比率约为 000 W/kg。

通过考虑可能设备的尺寸、重量和功率 (SWaP) 热力学,NASA 项目希望将这个比率降低一个数量级,达到 3 W/kg,同时体积也同样显着减少。

这是通过使用一种新原理实现的,该原理本质上是一种反向工作的太阳能电池板。 当太阳能电池板吸收光时,其中一部分会转化为电能,而大部分会转化为热能。 新的放射性同位素电源根据热辐射元素的原理工作,红外线形式的热量撞击由铟、砷、锑和磷组成的各种元素组成的面板。 这会产生与太阳能电池中发生的极性相反的电位差。

简而言之,热辐射元件利用热量发电,并以红外光子的形式释放消耗的能量。 这不仅在太阳能电池板的反方向工作,而且效率更高。 结果是一个新的热辐射发生器 (TRG)。

如果这项新技术能够付诸实践,这将意味着未来前往木星及更远的地方,或前往月球极地永久阴影陨石坑的任务,将能够使用带有小型发电机的立方体卫星大小的航天器为他们提供所有他们需要的力量。

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