美国科技公司L3Harris Technologies宣布,已完成面向NASA未来远距离太空任务的新一代核能电源项目设计,这标志着空间能源技术取得重要进展。该公司的新一代放射性同位素热电机(Next Gen RTG)项目已于4月2日成功通过关键设计评审(CDR),为外太阳系探测开启新的阶段。

长期以来,航天领域主要依赖光伏供电系统。这类技术最初为太空应用而开发,后来也在地面获得广泛使用。但对于前往外太阳系等遥远目的地的任务来说,太阳能存在明显限制:可获得的太阳能会随距离太阳的平方而下降。例如,在土星附近,太阳能密度只有地球附近的百分之一。
放射性同位素热电机通过将钚-238放射性衰变产生的热量转化为电能来工作,相关技术已使用约60年。早期型号至今仍在为NASA于1977年发射的两艘“旅行者”探测器供电,而这两艘探测器目前已经进入星际空间。
L3Harris的新一代RTG是在通用热源放射性同位素热电机技术基础上发展而来。此前,这类电源曾为NASA的“卡西尼”土星轨道器提供动力,也为“新视野”号探测器供电;后者在2015年飞掠冥王星后,目前正在探索海王星轨道之外、由冰质碎片和矮行星组成的柯伊伯带区域。
与L3Harris生产、目前为NASA“好奇号”和“毅力号”火星车供电的多任务RTG不同,新一代RTG针对太空真空环境中的航天器运行进行了优化,而不是面向行星表面使用。这种适用于真空的设计能够在深空环境中更高效地散热并发电,适合天王星轨道器等任务使用。在相同重量条件下,新一代RTG比多任务RTG输出功率更高;每台设备在寿命初期可产生约250瓦电力,为探索太阳系遥远边缘的航天器提供可靠、长期的能源保障。
L3Harris空间推进与能源系统项目经理利奥·加德表示:“我们正在证明,我们能够再次做到这一点。虽然我们没有制造最初的那些发电机,但我们通过富有创造性的解决方案,成功恢复了不完整的技术文件,并为过时部件找到了现代替代品。”
L3Harris旗下RocketWorks and Power Systems部门总经理比尔·萨克补充说,成功通过关键设计评审是一个重要里程碑,因为这证明该设计符合所有技术要求,并具备投入生产的可行性。他还表示,这也显示公司在多年有限生产之后,已经恢复了这一关键能力。新一代RTG在效率方面实现了显著跃升,能够在相同质量范围内提供更多电力,而对于每一公斤都至关重要的深空任务来说,这一点尤为关键。
在Next Gen RTG项目中,L3Harris担任总承包商,负责主体结构和整体系统集成。位于马里兰州亨特谷的Teledyne Energy Systems Inc.负责制造将热量转化为电力的热电元件,位于科罗拉多州博尔德的BAE Systems Space and Mission Systems则负责隔热系统。
新型RTG的飞行样机最早可能从21世纪30年代初开始为NASA深空探测器供电,其中包括拟议中的天王星轨道器。该任务预计将使用两台新一代RTG,不仅为航天器供电,还帮助其敏感部件在寒冷的外太阳系环境中保持足够工作温度。L3Harris表示,除天王星轨道器外,这类能源系统还可支持海王星及其卫星海卫一的扩展任务、能够飞越“新视野”号探测距离的柯伊伯带天体探测器、针对巨行星卫星的长期任务,以及比“旅行者1号”和“旅行者2号”飞得更远的星际先驱任务。