比核衰变温差深空电池更佳方法，太空能源效率提高一个数量级

原创 哈尔鲍曼9000 科学剃刀

2015年7月拍摄的美国宇航局新视野号航天器拍摄的冥王星彩色增强图像。对外太阳系进行更彻底的探索将需要航天器高效的动力系统。资料来源：美国宇航局/约翰霍普金斯大学应用物理实验室（JHUAPL）/西南研究所（SwRI）

随着科学和技术的进步，我们要求我们的太空任务提供越来越多的结果。美国宇航局的MSL好奇号和毅力号火星车说明了这一事实。毅力号是技术的完美组合。这些尖端的漫游车需要大量的动力来完成它们的任务，这意味着笨重和昂贵的电源。

太空探索是一项越来越耗能的工作。轨道飞行器和飞越任务可以使用太阳能执行任务，至少与木星一样远。离子驱动器可以将航天器带到更远的地区。但要真正了解像木星和土星的卫星，甚至是更遥远的冥王星这样的遥远世界，我们最终需要像在火星上一样在它们上着陆漫游车和/或着陆器。

这些任务需要更多的动力来运行，这通常意味着MMRTG（多任务放射性同位素热电发电机）。但它们体积庞大、笨重且昂贵，这是航天器的三个不良特征。每一个成本都超过1亿美元。有没有更好的解决方案？

斯蒂芬波利认为是有的。

波利是罗切斯特理工学院NanoPower研究实验室的研究科学家。他的工作重点是我们大多数人可能从未听说过的事情：通过金属有机气相外延（MOVPE）开发，生长，表征和集成III-V族材料。

虽然这对非专业人士来说听起来很复杂，但太空爱好者很容易理解他所有工作的目标之一：一种潜在的新方法来推动太空任务。

波莉正在研究一种革命性的方式，为航天器提供动力，前往外行星的长途旅行。它被称为热辐射电池（TRC），它类似于MMRTG。它使用放射性同位素作为其动力源。

波利依赖于一种称为金属有机气相外延（MOVPE）的技术。它使用化学蒸气来产生薄的多晶薄膜。这是一种用于光电子学的工业过程，用于制造发光二极管（LED）之类的东西。Polly的工作使用MOVPE来创建热辐射单元（TRC）。

TRCs与MMRTG一样使用放射性同位素，并且基于放射性衰变产生的热量，但存在差异。衰变加热热辐射单元，然后发光。然后光到达光伏电池，光伏电池又产生电力。这有点像MMRTG和太阳能之间的结合。

但波利的方案要小得多，这是航天器工程的圣杯。“这种由放射性同位素热源驱动的装置将允许质量比功率增加一个数量级（30-3 W / kg）和体积减少三个数量级（0.2-212 L）与传统的多任务放射性同位素热发生器（MMRTG）相比，”Polly在一份简短的新闻稿中解释说。

Polly的热辐射单元概念可以改变我们进行太空探索的方式，使我们能够使用更小，更通用的航天器，如CubeSats。资料来源：斯蒂芬波利

波利写道，这些设备可以帮助彻底改变我们的太空探索活动。这可能会使小型航天器得到广泛应用，这些航天器不需要展开大型太阳能电池阵列或携带笨重的MMRTG。技术进步不断缩小科学有效载荷，因此，如果电源可以随之收缩，立方体卫星可能会变得更加有用。

“这将直接实现对外行星的小型卫星任务以及在极地月球陨石坑等永暗面中的操作，”波莉解释说。该技术的首次使用可能是在天王星的任务中。“我们将分析一个热辐射转换器，为CubeSat（或CubeSats车队）提供动力，它可以搭载在旗舰天王星任务中，执行诸如作为大气探测器的信息中继卫星，以及获得行星和卫星的高差视图等任务。

当我们把宇宙飞船送入太阳系探索大自然时，我们一直在——或者至少我们的智力和想象力是这样。如果波利的工作取得成果，并且可以使用更小，更有效的能源建造航天器，那么旅程将变得更加有趣。

波利的想法是NIAC的第一阶段选择，即NASA创新先进概念计划。他获得了进一步发展这个想法的资金。

原标题：《一种比核衰变温差深空电池更好的方法，将太空能源效率提高了一个数量级》

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