歐洲即將進行的火星任務將使用一種開創性的核動力裝置，該裝置利用鋂的放射性衰變來保持其元件的溫暖——這在航天器中尚屬首次。
歐洲航天局（ESA）在5月16日宣佈了這些計劃，同時還公佈了與NASA達成協議的細節，該協議明確了美國宇航局對長期延遲的任務的貢獻，該任務將把歐洲首個火星探測器“羅莎琳德·富蘭克林”號送達火星。歐空局最初與俄羅斯航天局Roscosmos合作執行該任務，但在俄羅斯入侵烏克蘭後於2022年取消了合作關係。
利用放射性元素衰變產生的熱量的裝置，稱為放射性同位素加熱器（RHU），使航天器能夠在不依賴太陽能電池板產生的電力來加熱的情況下執行。歐空局歷來依靠美國或俄羅斯的合作伙伴提供使用鈽-238的RHU用於任務，但自2009年以來，一直在開展自己的計劃以製造放射性同位素加熱器以及提供電力的電池。
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歐洲的RHU將加熱任務著陸平臺中的元件，該平臺將探測器部署到火星表面。著陸器在探測器離開平臺並開啟太陽能電池板之前為其供電。歐空局火星探測小組負責人奧森·薩瑟蘭表示，因此，延長著陸器的壽命可以在部署探測器時出現問題時提供後備支援。薩瑟蘭的工作地點位於荷蘭諾德韋克的歐洲空間研究與技術中心（ESTEC）。
鋂衰變
歐空局的加熱器裝置不僅將是歐洲的首創，而且也將是世界上首個使用鋂-241的裝置，鋂-241是鈽衰變的副產品，每克功率低於其前身。但鋂-241更豐富且更便宜，這意味著即使RHU需要更多的同位素才能執行，它們也可能更便宜。“開發和發射歐洲RHU將是歐空局的首創，也是一項重大成就，”薩瑟蘭說。
“羅莎琳德·富蘭克林”號探測器配備了獨特的裝置，可以尋找火星上古代生命的痕跡，它配備了一個2米長的鑽頭，可以深入火星表面之下。但該任務最初計劃於2018年發射，早在與俄羅斯的緊張關係升級之前，就已經因技術問題和COVID-19疫情而推遲。
歐空局不得不徹底重新考慮該任務，以便在沒有Roscosmos參與的情況下繼續進行，Roscosmos原本應該建造著陸器。這導致歐空局建立一個新的歐洲設計的著陸器，並依靠NASA來填補任務計劃中的剩餘漏洞。根據協議，NASA將提供在2028年發射ExoMars的能力，併為著陸器提供製動發動機。NASA還將為探測器提供放射性同位素加熱器。
未來電池
鋂RHU是作為歐洲放射性同位素能源裝置（ENDURE）專案的一部分而建立的。由於這些裝置包含放射性物質，因此需要在發射前獲得認證。英國萊斯特大學的物理學家、太空動力系統專家理查德·安布羅西說，該合作專案正在努力滿足2028年發射安全要求，他是領導該裝置開發的英國團隊的成員。
到本十年末，ENDURE的目標是開發出能夠為航天器提供電力而不僅僅是熱量的鋂電池，以便在2030年代初進行一系列歐空局月球任務。雖然RHU利用放射性衰變自然產生的熱量，但核電池——稱為放射性同位素溫差發電機——將熱量轉化為電能。
位於英國塞拉菲爾德的國家核實驗室將利用英國民用核電站的乏核燃料製造加熱器和電池所需的鋂顆粒。
薩瑟蘭說，歐空局擁有自己的加熱裝置將使該機構能夠擴大其探索視野。“在陰影區域（如隕石坑）或夜間保持飛行系統溫暖的能力將使以前無法進入的區域能夠被探索，並延長任務壽命，”他說。
本文經許可轉載，並於2024年5月21日首次發表。