美国宇航局的新一代火星探测器毅力号于7月30日在佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地的一架Atlas 5火箭上成功发射，在完成为期7个月的飞行过程后，将依靠“核电池”来供电到达红色星球。
爱达荷国家实验室(INL)庆祝了火星车的发射，特别是多任务放射性同位素热电发电机(MMRTG)，它于今年春天组装，测试并交付给佛罗里达州的肯尼迪航天中心，为发射做准备。国家实验室说，此次发射使INL的太空动力系统团队进行了多年的规划，培训和动手工作达到了顶点。
虽然毅力号的任务很简单-寻找生命迹象并收集岩石和土壤样本以可能返回地球-但其精密的MMRTG一旦2021年2月18日着陆，将至关重要，以保持“珀西”仪器的运行并帮助保持在探索冰冷的星球时变得温暖。
NASA的“火星2020”火星探测车的电力由称为多任务放射性同位素热电发电机(MMRTG)的电力系统提供。MMRTG本质上是核电池，在任务开始时利用uses238的天然放射性衰变产生的热量产生约110 W的电能。资料来源：NASA / JPL-Caltech
持久的核电池
MMRTG本质上使用放射性同位素动力系统(RPS)将热量从放射性同位素材料的自然衰变转换为电能。INL 在周四的主页上特别介绍说，RPS紧凑，耐用且可靠，可长时间提供连续动力，因此是太空飞行的理想选择。
毅力号的MMRTG属于RPS技术子集，称为放射性同位素热电发生器(RTG)。它由两个主要元素组成：一个包含-238(Pu-238)的热源和一个热电偶，它们是在不移动部件的情况下发电的设备，这些部件在长时间的太空飞行中可能会发生故障。在RTG中，Pu-238的自然衰减会产生热量，然后将其传递到热电偶的一侧。热电偶通过利用热侧(Pu-238)与冷侧(RTG外壳，该温度处于寒冷星球的大气温度)之间的温差来发电。INL解释说：“这种电力生产基于一种称为塞贝克效应的著名科学效应。”
该技术源自以前在INL加油和测试的发电机的开发，目前正在为2011年启动的火星科学实验室好奇号火星探测车和Pluto New Horizo??ns(2006年推出，由INL首次组装，测试和交付)提供动力。
MMRTG在从爱达荷州国家实验室进行最终组装和运输后，于2020年4月到达肯尼迪航天中心。配合检查是首次将加油的飞行发电机连接到流动站。成功进行装配检查后，多任务放射性同位素热电发生器断开连接;在计划于2020年火星飞行之前，它将在7月在该任务的Atlas V运载火箭顶部的发射台上最后连接流动站。资料来源：NASA
但是毅力号也特别引人注目，因为它将是第一个使用由橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)生产的p的流动站。Oak Ridge正在与INL和Los Alamos国家实验室合作，以帮助NASA增强Pu-238的燃料供应。INL说：“ Pu-238在其87.7年半衰期过程中由于放射性衰变而散发大量热量。” 虽然过去已经研究了其他放射性同位素并将其用于放射性同位素电源系统，但Pu-238表现出了从太空到太空的从热能转换为电能的最佳性能，并且自1960年代以来就已安全使用。
然而，尽管美国有足够的p来为计划在未来十年进行的太空飞行提供动力，但domestic的国内供应却是有限的资源。为了建立新的Pu-238供应量以支持将来的NASA任务，国会指示美国能源部恢复Pu-238的生产。
INL表示：“为了生产Pu-238，美国能源部重新利用了其237 237(Np-237)的一些库存，这是一个复杂的过程，涉及三个国家实验室的专家和设备。” ORNL 最近将生产过程的一部分自动化了，这使该实验室每年可生产多达400克Pu-238，接近NASA到2025年每年1.5千克的目标。
毅力号将使用约10.6磅的二氧化p。“每个通用热源模块内的燃料都被几层保护材料包围，其中包括用于导弹鼻锥的坚韧材料，这些材料旨在重新进入地球大气层时能够在激烈的环境中生存。此外，放射性同位素燃料在陶瓷形式(在一个咖啡杯类似材料)，该抗蚀剂被破碎成细块，减少了有害物质可能成为空气传播或摄入的可能性。制造，” 美国宇航局表示。
小但耐用
毅力号MMRTG旨在产生约110 W的电力以开始执行任务-尽管该功率每年将下降百分之几。该系统的设计寿命为14年，远远超过了2020年的火星2020年主要火星任务持续时间1.5火星年(三个地球年)，但可以预计产生的功率会更长。根据美国能源部的说法，RTG是“坚固耐用”的。该机构补充说：“实际上，几十年前发射的某些RTG仍在运行，就像1977年首次开始的旅行者任务一样。”
资料来源：NASA
据美国宇航局称，“毅力”号上的MMRTG直径仅约25英寸，长26英寸，重约99磅。该系统还包括两个锂离子可充电电池，以在需求暂时超过MMRTG的稳定电力输出水平时满足流动站活动的峰值需求。
下一个MMRTG将为蜻蜓旋翼机着陆任务提供动力，以探索土星最大的卫星泰坦。蜻蜓计划于2026年发射。由于在泰坦的朦胧大气中太阳能不是可行的选择，能源部表示，MMRTG有望在为航天器供电中发挥重要作用。INL可能会加油并测试该电源。
INL表示，其太空核动力和同位素系统小组也“ 越来越多地参与用于核热推进和裂变表面动力应用的太空反应堆。”
“毅力为新的科学技术发现铺平了道路，”美国宇航局航天技术任务局(STMD)的副局长吉姆·路特(Jim Reuter)说。“我们从这次任务中获得的知识和能力将帮助我们为2030年代最早的火星人类任务做好准备。技术将推动这一探索。”
