微型核发电机可为深空立方体卫星提供动力

　　中国航空报讯：美国航空航天局已经为罗切斯特理工学院的一个项目开了绿灯，以开发一种核动力源，其大小是目前用于行星任务的核动力源的十分之一。如今，大多数服役的卫星都由太阳能电池板提供动力，通过吸收光子在电池板的材料中产生电位不平衡来产生电流，从而将太阳光转化为电能。
　　这些电池板的工作做得非常好，但在火星轨道以外的深空或恶劣条件下，如火星尘暴或月球上的长夜，太阳光根本无法产生所需的能量。
　　作为一个替代方案，许多深空飞行器携带多任务放射性同位素热发电机（MMRTG），利用温度梯度来发电。换句话说，放射性同位素产生热量，热电偶将热量直接转化为电能。这是一个工程师们熟悉的原理，在地球上被广泛用于诸如煤油动力收音机和营地炉子，也可以为移动设备充电。
　　MMRTG的问题是它们相对笨重。例如，美国航空航天局的＂毅力＂号火星车上使用的一对火星车，每个直径25英寸（64厘米），长26英寸（66厘米），重量为99磅（45千克）。它们每个都含有10.6磅（4.8千克）的二氧化钚作为燃料，在放射性元素衰变时为固态热电偶提供热量。
　　因此，这些MMRTG是为非常大的航天器保留的，＂毅力＂号就像一辆SUV 一样大。这是因为所使用的系统只有这么大的质量比功率，这是衡量一台机器每单位能产生多少瓦特的功率的标准。一辆家用汽车的质量比功率为50~100瓦/千克，而一架战斗机的质量比功率约为10000瓦/千克。相比之下，一个MMRTG的比率约为30瓦/千克。
　　通过研究可能的RTG的尺寸、重量和功率（SWaP）的热力学，美国航空航天局项目希望将这一比率降低一个数量级，使其仅为3瓦/千克，同时体积的减少也同样巨大。
　　它通过使用一种新的原理来做到这一点，这种原理基本上是太阳能电池板的反向工作方式。当太阳能电池板吸收光线时，部分光线被转化为电能，大部分光线被转化为热能。新的放射性同位素电源的工作原理是热辐射电池，其中红外光的形式的热量照射到由铟、砷、锑和磷等元素组成的不同组合的面板。这产生了一个与太阳能电池中的极性相反的电位差。
　　长话短说，热辐射电池从热量中产生电力，并以红外光子的形式倾倒废旧能量。这不仅与太阳能电池板的工作方式相反，而且效率更高。其结果是一种新的热辐射发生器（TRG）。
　　如果这项新技术能够实用化，这将意味着未来前往木星及更远地方的任务，或前往月球极地的永久阴影坑的任务，可以使用立方体卫星大小的航天器，由小型发电机提供它们所需的所有电力。这意味着，例如，天王星任务的概念可以伴随着一个小型的立方体卫星舰队，通过提供更多的视角或作为与大气层探测器的通信中继来帮助探索。