直到最近,NASA 还面临着严重的钚短缺问题,这危及了未来的深空任务。2013 年,美国能源部宣布,在暂停生产 25 年后,将重启钚 238 的生产——钚 238 是持久核电池的支柱,自 1969 年以来,核电池为众多任务提供了动力。然而,停产造成的损害已经造成。到 2021 年,新的努力每年仅能生产出足够制造约两个半核电池模块的放射性燃料。(仅火星探测器“好奇号”就需要八个模块。)这种稀缺性,加上少量现有库存,对于未来十年计划前往木星和土星冰冷卫星等目的地的行星任务来说,几乎是不够的。因此,NASA 一直在研究替代方案。它最近对一种航海候选技术产生了兴趣:一种美国海军鱼雷使用的军事技术。
海军最早在 20 世纪 20 年代试验了储能化学动力系统 (SCEPS),但直到 20 世纪 80 年代,宾夕法尼亚州立大学的工程师才将这项技术应用于弹头,使其能够足够快、足够深入地搜索苏联潜艇。SCEPS 利用两种高能量密度反应物的化学反应,这些反应物在需要时才储存和分离。在鱼雷中,该系统通常以固体锂块和惰性气体六氟化硫罐的形式储存能量。当被触发时,这两种材料的燃烧反应产生热量,从而驱动武器的蒸汽涡轮机产生数千千瓦的功率。
NASA 版本将调整该化学配方。宾夕法尼亚州立大学的空间系统工程师迈克尔·保罗提出了一个前往金星的演示任务,其中一个配备 SCEPS 的机器人着陆器将利用金星大气中的二氧化碳来燃烧锂。由此产生的热量可以驱动发电机产生大约三个灯泡功率的电力,这对于太空任务来说是一笔可观的预算。(火星探测器“勇气号”和“机遇号”依靠大约一个灯泡功率的太阳能运行。)7 月,保罗通过 NASA 创新先进概念计划获得了 50 万美元的资金,用于测量二氧化碳和锂在这种配置下的确切效率。他还将与行星科学家合作,向太空机构提出关于其他任务应用的建议。
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约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的物理学家、NASA 今年 7 月份关于美国现有钚供应报告的主席拉尔夫·麦克纳特表示,核动力对于旨在运行数年或数十年的深空任务仍然是不可替代的,正如“旅行者”号、“卡西尼”号和“新视野”号所做的那样,并取得了巨大成功。然而,麦克纳特将 SCEPS 描述为“令人兴奋的东西”。
如果保罗的愿景实现,来自 SCEPS 的能量可以增强使用核电池的任务,或支持那些轨道离太阳太远而无法依靠太阳能的任务。这种技术可能有一天会推动探测月球上永久阴影陨石坑的探测车,在光线昏暗的区域运行火星着陆器的钻头,或产生热量以保持机器人电子设备在寒冷的木卫二上保持温暖。SCEPS 甚至可以为持续数天或数周而不是数年的较短途任务提供所有动力,前往不太遥远的目的地。