欧洲即将进行的火星任务将使用一种开创性的核动力装置，该装置利用镅的放射性衰变来保持其组件的温暖——这在航天器中尚属首次。
欧洲航天局（ESA）在5月16日宣布了这些计划，同时还公布了与NASA达成协议的细节，该协议明确了美国宇航局对长期延迟的任务的贡献，该任务将把欧洲首个火星探测器“罗莎琳德·富兰克林”号送达火星。欧空局最初与俄罗斯航天局Roscosmos合作执行该任务，但在俄罗斯入侵乌克兰后于2022年取消了合作关系。
利用放射性元素衰变产生的热量的装置，称为放射性同位素加热器（RHU），使航天器能够在不依赖太阳能电池板产生的电力来加热的情况下运行。欧空局历来依靠美国或俄罗斯的合作伙伴提供使用钚-238的RHU用于任务，但自2009年以来，一直在开展自己的计划以制造放射性同位素加热器以及提供电力的电池。
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欧洲的RHU将加热任务着陆平台中的组件，该平台将探测器部署到火星表面。着陆器在探测器离开平台并打开太阳能电池板之前为其供电。欧空局火星探测小组负责人奥森·萨瑟兰表示，因此，延长着陆器的寿命可以在部署探测器时出现问题时提供后备支持。萨瑟兰的工作地点位于荷兰诺德韦克的欧洲空间研究与技术中心（ESTEC）。
镅衰变
欧空局的加热器装置不仅将是欧洲的首创，而且也将是世界上首个使用镅-241的装置，镅-241是钚衰变的副产品，每克功率低于其前身。但镅-241更丰富且更便宜，这意味着即使RHU需要更多的同位素才能运行，它们也可能更便宜。“开发和发射欧洲RHU将是欧空局的首创，也是一项重大成就，”萨瑟兰说。
“罗莎琳德·富兰克林”号探测器配备了独特的设备，可以寻找火星上古代生命的痕迹，它配备了一个2米长的钻头，可以深入火星表面之下。但该任务最初计划于2018年发射，早在与俄罗斯的紧张关系升级之前，就已经因技术问题和COVID-19疫情而推迟。
欧空局不得不彻底重新考虑该任务，以便在没有Roscosmos参与的情况下继续进行，Roscosmos原本应该建造着陆器。这导致欧空局创建一个新的欧洲设计的着陆器，并依靠NASA来填补任务计划中的剩余漏洞。根据协议，NASA将提供在2028年发射ExoMars的能力，并为着陆器提供制动发动机。NASA还将为探测器提供放射性同位素加热器。
未来电池
镅RHU是作为欧洲放射性同位素能源装置（ENDURE）项目的一部分而创建的。由于这些装置包含放射性物质，因此需要在发射前获得认证。英国莱斯特大学的物理学家、太空动力系统专家理查德·安布罗西说，该合作项目正在努力满足2028年发射安全要求，他是领导该设备开发的英国团队的成员。
到本十年末，ENDURE的目标是开发出能够为航天器提供电力而不仅仅是热量的镅电池，以便在2030年代初进行一系列欧空局月球任务。虽然RHU利用放射性衰变自然产生的热量，但核电池——称为放射性同位素温差发电机——将热量转化为电能。
位于英国塞拉菲尔德的国家核实验室将利用英国民用核电站的乏核燃料制造加热器和电池所需的镅颗粒。
萨瑟兰说，欧空局拥有自己的加热装置将使该机构能够扩大其探索视野。“在阴影区域（如陨石坑）或夜间保持飞行系统温暖的能力将使以前无法进入的区域能够被探索，并延长任务寿命，”他说。
本文经许可转载，并于2024年5月21日首次发表。