太陽能板就是個(gè)擺設(shè)！美國砸重金搞的這東西，才是深空續(xù)命丹

作品聲明：個(gè)人觀點(diǎn)、僅供參考

文|硬核知識(shí)觀

編輯|沐沐

地球上最貴的燃料是什么？有人說是反物質(zhì)，但那東西還停留在實(shí)驗(yàn)室里。

真正用在刀刃上、一克就要八千塊人民幣的，是一種叫钚-238的放射性物質(zhì)。

指甲蓋大小的一塊，能讓一臺(tái)設(shè)備連續(xù)工作幾十年不用充電。

旅行者號(hào)靠它飛出了太陽系，好奇號(hào)靠它在火星上爬了十幾年。

沒有它，人類的深空探測器基本都得趴窩。

钚-238的看家本領(lǐng)只有一樣：持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)熱。

一個(gè)钚-238能穩(wěn)定輸出大約0.55瓦的熱功率，摸上去燙手。

這份熱量不會(huì)因?yàn)楹洹⒄婵栈蛘呷魏苇h(huán)境而減弱，只會(huì)隨著87.7年的半衰期一年一年緩慢衰減。

信息來源：極目新聞

不用活動(dòng)部件，就能把熱變成電

把熱量變成電，靠的是一種叫熱電偶的裝置。

兩種不同的半導(dǎo)體材料拼接在一起，一端貼著钚-238的高溫，一端暴露在外太空的極寒中。

溫差一旦形成，電流就自動(dòng)產(chǎn)生。

整個(gè)過程沒有一個(gè)活動(dòng)的部件，不燃燒、不反應(yīng)，甚至不用維護(hù)。

這套系統(tǒng)叫放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器，簡稱RTG，也就是常說的核電池。

最早由美國實(shí)驗(yàn)室在上世紀(jì)50年代研發(fā)出來。

1961年，第一顆搭載核電池的衛(wèi)星升空，當(dāng)時(shí)只能輸出三瓦電力。

六十多年過去，如今單臺(tái)RTG已經(jīng)能輸出兩三百瓦電力。

其實(shí)發(fā)電效率并不高，只有6%到7%的熱量能轉(zhuǎn)化成電能，剩下的全部當(dāng)廢熱散掉。

但工程師看中的從來不是效率，而是極端環(huán)境下的可靠性。

不需要陽光，不怕沙塵暴，不怕零下兩百多攝氏度的嚴(yán)寒，只要钚-238還在衰變，就能一直供電——這恰恰是深空探測最缺的東西。

太陽照不到的地方，就得靠它

太陽光強(qiáng)度會(huì)隨距離急劇衰減。

飛到木星軌道，光照只剩地球附近的二十七分之一；再往外到土星、天王星，太陽能板基本形同虛設(shè)。

火星上倒是有陽光，但沙塵暴能把太陽能板整個(gè)蓋住。

好奇號(hào)和毅力號(hào)的前輩——勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)——就是靠太陽能供電的火星車。

機(jī)遇號(hào)最終被一場席卷全球的沙塵暴切斷電力，再也沒能被喚醒。

而用RTG供電的探測器不用看天吃飯。

白天黑夜、刮不刮沙塵暴，輸出的電力都一樣穩(wěn)定。

好奇號(hào)剛著陸火星時(shí)，钚電池能穩(wěn)定輸出110瓦電力，帶著它在零下八九十?dāng)z氏度的夜晚照常運(yùn)行，第二天照樣爬坡過坎。

這么關(guān)鍵的東西，產(chǎn)量卻少得可憐。

信息來源：文匯報(bào)

產(chǎn)量少得可憐，卡住了深空探測的脖子

钚-238最早不是專門生產(chǎn)出來的，而是冷戰(zhàn)時(shí)期美國制造核武器原料時(shí)順帶產(chǎn)生的副產(chǎn)品，主產(chǎn)地在南卡羅來納州的薩凡納河工廠。

這條生產(chǎn)線1988年關(guān)停后，美國航天項(xiàng)目要用钚-238，只能向俄羅斯掏錢購買。

這筆買賣持續(xù)了將近二十年，直到俄羅斯自己的庫存也告急，2009年前后停止對(duì)外出售。

美國的深空探測計(jì)劃一下被卡住了脖子——庫存越用越緊張，新任務(wù)卻排著隊(duì)。

眼看著要斷供，美國能源部才下決心重啟生產(chǎn)，生產(chǎn)地點(diǎn)換到了田納西州的橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室。

2015年年底，橡樹嶺生產(chǎn)出了幾十年來美國國內(nèi)的第一批钚-238。

重啟不等于馬上就能敞開供應(yīng)。

制造钚-238，要先用反應(yīng)堆中子轟擊镎-237讓它轉(zhuǎn)變成钚-238，再從一堆混合的放射性物質(zhì)里通過化學(xué)萃取一點(diǎn)點(diǎn)分離提純出來。

全程都在防護(hù)森嚴(yán)的熱室里完成，操作人員始終不能直接暴露在輻射環(huán)境下。

從反應(yīng)堆裝料到最后交出能用的钚，整個(gè)流程要耗時(shí)兩年半到三年。

橡樹嶺恢復(fù)生產(chǎn)的頭幾年，一年也就能產(chǎn)出幾百克。

能源部給自己定的目標(biāo)是到2026年把產(chǎn)能拉到一年1.5公斤左右。

這個(gè)數(shù)字聽起來不算少，但像伽利略號(hào)這樣的大型探測器，一次任務(wù)就要用掉將近16公斤钚燃料——超過橡樹嶺十年的產(chǎn)量總和。

工程師們申請(qǐng)配額、排隊(duì)分配，容不得半點(diǎn)浪費(fèi)。

有的探測任務(wù)甚至因?yàn)樯暾?qǐng)不到足夠的钚，被迫改用太陽能方案，犧牲掉能飛的距離和壽命。

信息來源：國家國防科技工業(yè)局

結(jié)語

2023年7月，美國能源部完成了一批0.5公斤钚-238的運(yùn)輸，這是重啟生產(chǎn)以來最大的一次。

2026年3月，能源部又宣布重啟薩凡納河國家實(shí)驗(yàn)室的HB-Line生產(chǎn)設(shè)施，這座曾用于制造卡西尼號(hào)探測器核電池的工廠，時(shí)隔多年再次啟用。

即便如此，距離真正的充足供應(yīng)仍有不小差距。

正因?yàn)檫@么難拿到手，钚-238在過去半個(gè)世紀(jì)才撐起了幾乎整部深空探測史。

從先驅(qū)者到旅行者，從伽利略到卡西尼，從好奇號(hào)到毅力號(hào)——每一次人類向深空邁出的腳步，背后都有這種一克八千塊的銀色金屬在默默發(fā)熱。

信息來源：澎湃新聞