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能利用核廢料的電源系統(tǒng)一旦研制成功,可以在任何無法使用太陽(yáng)能的任務(wù)中發(fā)揮作用。比如,在月球上持續(xù)14個(gè)地球日的夜晚開展探索任務(wù)等。歐洲空
間局希望Argonaut月球著陸器(藝術(shù)圖)使用镅動(dòng)力電池。該著陸器計(jì)劃于2030年代初發(fā)射,將在月球表面開展長(zhǎng)期研究。圖片來源:歐洲空間局
英國(guó)《自然》網(wǎng)站在近日的報(bào)道中指出,當(dāng)?shù)貢r(shí)間11月22日至23日在巴黎召開的歐洲空間局(ESA)理事會(huì)會(huì)議上,ESA同意資助名為“使用放射性同
位素能源的歐洲設(shè)備”(ENDURE)的計(jì)劃。該計(jì)劃旨在開發(fā)由放射性同位素镅-241提供電能的裝置,以替代現(xiàn)有的钚-238電池,助力歐盟探索月球及更遙
遠(yuǎn)的地方。
變廢為寶
《自然》在報(bào)道中指出,歐洲科學(xué)家正在開發(fā)一種以核廢料镅-241為動(dòng)力的電池,ESA希望,到本世紀(jì)末,這些裝置能為航天器長(zhǎng)效供電而不依賴太陽(yáng)能
電池板,以助力該機(jī)構(gòu)探索月球及太陽(yáng)系的遙遠(yuǎn)區(qū)域。
ESA擬向ENDURE項(xiàng)目提供3000萬美元資助。該項(xiàng)目聯(lián)合負(fù)責(zé)人、歐洲空間研究與技術(shù)中心的賈森·哈頓表示:“歐洲空間局未來有多項(xiàng)雄心勃勃的太空探
索任務(wù),如果我們想在探索中擁有自主權(quán),就需要擁有由自己研發(fā)的長(zhǎng)效電源。”
目前,對(duì)于無法由太陽(yáng)能完成的任務(wù),ESA都依賴美國(guó)或俄羅斯合作伙伴研制的钚-238電池為相關(guān)任務(wù)提供動(dòng)力。但在過去10年中,钚-238一直供不應(yīng)求,
生產(chǎn)成本高昂。
長(zhǎng)期以來,缺乏電源限制了歐洲科學(xué)家單獨(dú)提出的太空任務(wù)的開展。例如,2014年,ESA的“菲萊”彗星著陸器降落于彗星上太陽(yáng)光照射不到的地方,其上
的太陽(yáng)能電池板變得毫無用處,導(dǎo)致“菲萊”只運(yùn)行了不到3天就進(jìn)入深度休眠狀態(tài)。
支持這項(xiàng)新計(jì)劃的ESA咨詢委員會(huì)主席、法國(guó)梅東巴黎天文臺(tái)的天體物理學(xué)家阿西娜·庫(kù)斯坦尼斯說:“多年來,歐洲科學(xué)家一直在說,如果你想去很遠(yuǎn)的地
方,或者去黑暗寒冷的地方,沒有其他辦法。”
優(yōu)點(diǎn)多多
镅是钚衰變產(chǎn)生的副產(chǎn)品,也是核廢料中目前較難處理的一種成分,此前從未被用作燃料。
ENDURE項(xiàng)目共同負(fù)責(zé)人維洛妮克·費(fèi)萊·卡弗魯瓦表示,與钚相比,镅最大的優(yōu)勢(shì)是它更便宜、更豐富,可以將原本無用的廢物重新利用。ESA登月任務(wù)協(xié)調(diào)
人馬庫(kù)斯·蘭格拉夫則指出,镅的半衰期比钚-238長(zhǎng),這意味著它的壽命更長(zhǎng)。盡管每克镅含有的能量更少,但由于其更容易獲得,因此提供同等電力的成本約是
使用钚的1/5。
钚-238是在用中子輻照镎靶的過程中制造而成。英國(guó)國(guó)家核實(shí)驗(yàn)室的研究表明,镅可以從民用發(fā)電廠使用的再加工核燃料中提取出來,并制成燃料球,構(gòu)成
電池的核心。
在接下來的3年里,ENDURE團(tuán)隊(duì)將開發(fā)可在探月等任務(wù)類似條件下進(jìn)行測(cè)試的模型。在與英國(guó)國(guó)家核實(shí)驗(yàn)室的合作中,英國(guó)萊斯特大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了
兩種設(shè)備:一種放射性同位素加熱裝置,它利用镅衰變過程中產(chǎn)生的熱量加熱儀器;另一種放射性同位素?zé)犭姲l(fā)電機(jī),它利用在金屬板之間產(chǎn)生溫差來發(fā)電。
領(lǐng)導(dǎo)上述項(xiàng)目的萊斯特大學(xué)物理學(xué)家及空間動(dòng)力系統(tǒng)專家理查德·安布羅西說,這兩種裝置表明,镅在給定輸出功率下電池體積更大、溫度也比钚更低。研究團(tuán)
隊(duì)希望未來能解決這兩大問題。
安布羅西表示,由于使用放射性材料,電池的安全也至關(guān)重要。他們的研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃,接下來側(cè)重安全測(cè)試,以便镅裝置能夠獲得安全認(rèn)證。測(cè)試將包括監(jiān)測(cè)部
件在高溫和沖擊下的行為,例如在發(fā)射臺(tái)爆炸時(shí),可以確保放射性材料不會(huì)泄漏。他說:“我們必須確保這些設(shè)備能夠在一系列非常極端的情況下生存下來。”
助力探月
費(fèi)萊·卡弗魯瓦表示,這些電源系統(tǒng)一旦研制成功,可以在任何無法使用太陽(yáng)能的任務(wù)中發(fā)揮作用。比如,在月球上持續(xù)14個(gè)地球日的夜晚開展探索任務(wù),以及應(yīng)
用于木星以外的太陽(yáng)系探險(xiǎn)任務(wù)中。
ESA登月任務(wù)協(xié)調(diào)人蘭格拉夫表示,ESA計(jì)劃首先在其Argonaut月球著陸器上使用镅-241電池,該著陸器計(jì)劃于2030年代初發(fā)射,將在月球表面開展長(zhǎng)期研究。
到本世紀(jì)40年代,镅-241電池將能為前往天王星和海王星的任務(wù)提供電力。
蘭格拉夫說,镅很容易獲得,而生產(chǎn)钚-238則面臨不少挑戰(zhàn),美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)或許也想使用镅-241電池,該機(jī)構(gòu)正在評(píng)估為未來任務(wù)生產(chǎn)足夠放射
性同位素?zé)犭姲l(fā)電機(jī)的能力,用于在月球上建立長(zhǎng)期根據(jù)地的阿爾忒彌斯計(jì)劃。
安布羅西指出,經(jīng)過十多年研究,镅技術(shù)才發(fā)展到可用于實(shí)際任務(wù)的階段,“對(duì)此,我們非常興奮”。(記者 劉 霞)