欧洲研究人员正在开发使用放射性同位素为太阳系中的长期任务提供动力的电池。
欧洲航天局希望其阿尔戈登月任务(艺术家的印象)将由使用核元素镅的电池供电。图片来源：欧空局
欧洲科学家正在开发一种用于太空任务的电池，该电池由核废料提供动力。欧洲航天局 (ESA) 希望这项技术在本世纪末能够运行不依赖太阳能电池板的航天器，并且可以在不依赖太阳能电池板的情况下探索月球和太阳系的遥远区域。来自国际合作伙伴的设备。
11 月 22 日至 23 日在巴黎举行的 ESA 部长级理事会会议上，部长们同意资助一项名为“使用放射性同位素能源的欧洲设备”(ENDURE) 的 2900 万欧元(3000 万美元)计划。其目的是开发由放射性元素镅 241 提供动力的长效热电装置，及时用于 2030 年代初期的一系列 ESA 月球任务。
“如果我们想在探索中拥有自主权，我们就需要这些能力，”位于荷兰诺德韦克的欧洲空间研究与技术中心 (ESTEC) 的 ENDURE 联合负责人 Jason Hatton 说。哈顿说，欧空局不断增长的太空野心意味着它需要自己的持久能源。
241号元素
镅是钚衰变的副产品，从未被用作燃料。对于太阳能无法满足的任务——无论是因为阴影还是因为离太阳的距离——ESA 都依赖于美国或俄罗斯的合作伙伴，自太空竞赛以来，它们一直使用钚 238 电池为任务提供动力。例如，美国国家航空航天局制造了钚电池，在 2005 年惠更斯号探测器下降到土星的卫星土卫六期间为它加热。但钚 238 在过去十年中一直供不应求，而且生产成本高昂。
在俄罗斯入侵乌克兰后，欧空局与俄罗斯断绝了关系。“目前的政治形势表明，你不能总是依赖合作伙伴，”法国默东巴黎天文台的天体物理学家 Athena Coustenis 说，她是支持新计划的欧空局咨询委员会主席。
长期以来，缺乏动力来源限制了欧洲科学家提出的单人任务，也限制了其他任务。该机构在 2014 年敏锐地感受到了放射性同位素能量的缺乏，当时它的彗星着陆菲莱探测器运行了不到三天，因为它最终停在了一个太阳能电池板无法使用的阴凉处。“多年来，欧洲科学家一直在说，如果你想走得更远，或者去黑暗和寒冷的地方，别无他法，”库斯腾尼斯说。
比钚更好?
ESTEC ENDURE 计划的共同负责人 Véronique Ferlet-Cavrois 表示，与钚相比，镅的一大优势在于它更便宜、更丰富，可以重新利用原本无用的废物。
Plutonium-238 是通过两阶段工艺制造的，该工艺涉及用中子照射镎靶。位于塞拉菲尔德的英国政府国家核实验室 (NNL) 的研究人员表明，可以从民用发电厂使用的再加工核燃料中提取镅，并制成构成电池核心的燃料芯块。Hatton 表示，ENDURE 计划的一部分将包括将镅的生产能力提高到电池所需的水平。
镅的半衰期比钚 238 长，这意味着它持续时间更长，但每克能量更少。但由于镅更容易获得，生产一瓦电力的成本大约是使用钚的五分之一，负责协调 ESTEC 未来月球任务工作的 Markus Landgraf 说。
在接下来的三年里，ENDURE 团队将把原型开发成可以在类似任务的条件下进行测试的模型，作为可用设备的前身。英国莱斯特大学的一个团队与 NNL 合作开发了两种类型的设备：一种是放射性同位素加热装置，它用腐烂的镅产生的热量加热仪器，另一种是放射性同位素热电发生器 (RTG)，它使用通过在金属板之间产生温差来产生热量来发电。
研究人员设计了这两种类型的设备，以解决镅在给定功率输出下体积更大、温度更低的问题，莱斯特大学团队的负责人、物理学家和空间动力系统专家理查德·安布罗西 (Richard Ambrosi) 说。
由于使用放射性材料，安全也很重要。他说，这些单元被封装在包括铂合金在内的层中，铂合金密封在镅中，同时允许热量逸出。该计划的下一阶段将侧重于安全测试，以便对镅单元进行发射认证。测试将包括监测组件在高温和冲击下的行为——例如，在发射台爆炸期间——以确保放射性物质不会泄漏。“我们必须能够在一系列非常极端的情况下生存下来，”安布罗西说。
月球上的电池
Ferlet-Cavrois 说，一旦开发出来，相同的基本电力系统可以在任何无法使用太阳能的任务中重复使用。在持续 14 个地球日的月球夜晚以及在木星以外的太阳系探险中就是这种情况。为了度过严酷的月球之夜，中国活跃的月球车嫦娥四号使用了与俄罗斯合作建造的钚加热装置。
ESA 发射镅能源的第一个目标是计划于 2030 年代初发射的阿尔戈号月球着陆器。Landgraf 说，Argonaut 任务将对月球表面进行长期研究，并支持在那里工作的宇航员。Ferlet-Cavrois 说，在 2040 年代，ESA 希望为冰巨星天王星和海王星的任务提供动力。这些行星仅在 1980 年代美国宇航局的航海者 2 号探测器飞越期间进行过研究。
Landgraf 说，镅的可用性以及生产钚 238 的挑战意味着 NASA 可能也想使用它。该机构正在评估其为即将到来的任务生产足够的 RTG 的能力。对于旨在在月球上建立长期存在的阿尔忒弥斯计划，“他们认为我们的镅非常有趣”，他说。
Ambrosi 说，经过十多年的研究，镅技术才发展到可以用于实际任务的阶段。“此刻的兴奋实际上是显而易见的。我们已经为此努力了很长时间，”他说。
