【核太空時代60年】
#Nuclearforspace #太空時代沒有非核家園
1961年6月29日,John Hopkins大學應用物理實驗室發射了一顆美軍導航衛星 Transit IV-A,身上裝有鈽238放射性同位素熱電機,可產生 2.7 瓦的電力,雖然這樣的電力只能點亮一顆LED燈泡,但Transit IV-A的出現替NASA以核動力執行任務奠定了基礎,也宣告核能技術應用於太空探索的時代正式來臨,60年來, NASA - National Aeronautics and Space Administration 的探測器在核能驅動下,足跡已擴大到整個太陽系。
大家可以透過下方影片回顧這段驚奇之旅
★為什麼是核能
在太空中,能提供長期穩定電力只有兩種實用的方式:來自太陽或核衰變產生的熱能。隨著任務離太陽愈來愈遠,進入木星、土星等昏暗、多塵埃的環境,太陽能供給的電力不穩,如果沒有核能,任務將難以執行。
★早期:放射性同位素動力系統RPS
以鈽238衰變產生的熱能為動力來源,在阿波羅11號登月後,RPS系統替留在月球表面的實驗設備提供動力來源;且自1977年以來,RPS一直替航海者1號與2號、卡西尼—惠更斯號供電,卡西尼的目標是土星及其衛星泰坦。
★現在:火星傳動車身上的核能設備MMRTG
一樣是衰變熱的應用,MMRTG系統功能更多,除了可以長期穩定供電(數十年),衰變產生的熱量還可以來使傳動車的系統維持在正確的工作溫度,幾個月前剛登陸火星的毅力號(perseverance)即配備了它。
★未來:Dragonfly的飛行任務與太空用核分裂反應爐
預計2027年啟程、目標登陸(卡西尼並沒有登陸)土星和泰坦的探測器Dragonfly和火星任務不同,它不是傳動車(rovers),而是飛行器,飛行的耗能極大,飛行器上的電池將由MMRTG系統來充電,並保持機身電子儀器的溫度,因為泰坦表面的溫度極低;此外,NASA也積極與能源部合作開發太空用反應爐Kilopower,將可方便太空人攜帶至月球或火星等地,進行長期的探勘任務
自 1961 年以來,NASA透過美國能源部(DOE)的合作,執行了超過25次攜帶核熱電系統的飛行任務。這也是不知道第幾篇說說能源撰寫關於核能應用於太空的新聞。2021年5月31日台灣正式通過太空發展法,一個選擇拋棄核能的國家如何在充滿核能應用的太空科技當中取得一席之地,我真的非常好奇... 但不管怎樣,未來我們都將可看到更多核能技術應用在太空探索的故事當中。
★NASA 核太空60年報導
https://www.nasa.gov/feature/after-60-years-nuclear-power-for-spaceflight-is-still-tried-and-true
太空時代沒有非核家園 在 說說能源 Talk That Energy Facebook 的最佳解答
【核能相挺NASA火星任務】
#太空時代沒有非核家園 #核能的各種想像
上周起,火星任務三部曲分別由阿聯、中國以及美國等國陸續執行,將發射搭載探測器的火箭至火星。而NASA火星任務中關鍵的探測器,其動力來源由核能提供(放射同位素衰變)。未來若我們想走向太空,核能科技的應用都不會缺席。
▼發射直播這邊看
https://www.youtube.com/watch?v=JIB3JbIIbPU
▋火星計畫背景
今年七月底,阿拉伯聯合大公國、中國與NASA接力開啟火星任務,分別發射火星探測器「希望號」、「天問一號」和「毅力號(Perseverance)」,預計在半年後進入火星軌道或登陸地表。阿聯和中國的火箭已順利升空,壓軸的NASA將在今天發射火箭Atlas五號,預計在明年2月降落Jezero隕石坑,該處保存了火星最完整的古代湖泊與三角洲地貌,毅力號的任務是探勘火星上的微生物,河床或湖底的環境較易找到過去生命現象的沉積物,因此NASA選擇這塊35億年前的湖床做降落點。這次任務對火星古生物的探索,也是替未來人類移居的可能性鋪路。
▋毅力號的核動力系統
毅力號是NASA開發的第四代火星傳動車,身上攜帶七種精密科學工具,包括首次可以採集地表土壤岩石的機械手臂,與一架可在火星稀薄大氣中盤旋的直升機,這些設備的運作與毅力號本身移動、通訊的動力來源,都來自美國能源部設計的核動力系統。
說說能源在不久前也報導過核能在美國太空時代的應用(參見:https://reurl.cc/4RZV4R),毅力號是由美國能源部研發的一組稱為「多任務放射性同位素熱電產生器(Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator )」的動力系統所驅動,#透過鈽238的自然衰變產生的熱能來供電,當系統啟動時約可產生110瓦的功率,同時還能發熱,可在極低溫的火星夜晚與冬季中維持機身溫度,使儀器不會因結凍而故障。
▋核動力在太空中的優勢
由於鈽238的衰變反應可持續很久,即使毅力號的任務設定只有2年,卻能提供機身14年的動力;相對來說,「天問一號」依賴太陽能電板供電,中國只給它設計90天的任務期,且若遇上遮蔽陽光的天氣,車子就會失去動力來源,例如兩年前,NASA靠太陽能驅動的第二代傳動車「發現號(Opportunity)」就因遇上規模巨大且歷時甚長的火星沙塵暴,擋住了日光,使車子沒電而進入休眠狀態至今。NASA自第三代傳動車「好奇號(Curiosity)」開始就不再以太陽能電板供電,改為核動力系統。
▋美國國家隊打造
毅力號的放射性同位素動力系統可說是美國國家隊通力合作的產物,根據美國能源部核能辦公室助卿Dr. Rita Baranwal提及,橡樹嶺國家實驗室提供了二氧化鈽熱燃料和燃料護套(fuel cladding),這種形式的鈽較為安全;Los Alamos國家實驗室負責將上述兩者封裝;愛達荷州國家實驗室則組裝各部件並進行測試。
美國能源部至今已建造近50個放射性同位素動力系統,兩度替NASA的太空任務提供動力來源(2011年的好奇號與今年的毅力號),目前每年約可生產400公克的鈽238,能源部希望在2026年使年產量達1.5Kg,替NASA該年的「蜻蜓任務」的飛行探測器「蜻蜓號」備好燃料,它準備靠著熱核反應在土星第六號衛星(Titan)迷霧般的大氣中盤旋。
▋參考資料:
https://reurl.cc/oLWaxq
https://reurl.cc/ex1K6M
NASA關於毅力號動力系統的資訊:
https://reurl.cc/vDVRme
改圖自NASA/JPL-Caltech提供的照片
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