多任務放射性同位素熱電發生器

多任務放射性同位素熱能發電機（multi-mission radioisotope thermoelectric generator），簡稱MMRTG是一種放射性同位素熱能發電機（RTG），主要為美國宇航局太空探索任務^[1]如(火星科學實驗室等)而開發，隸屬美國能源部核能辦公室下轄的太空和國防電力系統辦公室所管轄。該發電機由航空噴氣洛克達因（Aerojet Rocketdyne）和德立台能源系統公司（Teledyne Energy Systems）組成的專業團隊所研發。

多任務放射性同位素熱能發電機示意圖

背景

太空探索任務需要安全、可靠、長壽型的能源系統為太空飛行器及科學探測儀器提供電力和熱能。而放射性同位素熱能發電機（RTG）是一種獨特的能源—本質上它是一種能可靠地將熱能轉化為電能的核電池^[2]。放射性同位素能源已用於8次繞地飛行和8次外行星飛行任務以及阿波羅11號之後的阿波羅登月任務。外太陽系任務包括先驅者10號和11號、旅行者1號和2號、尤利西斯號、伽利略號、卡西尼號和新視野號任務。而旅行者1號和旅行者2號上的放射性同位素熱能發電機從1977年開始運行^[3]。在過去的四十年裡，美國總共發射了26艘探測器和45台放射性同位素熱能發電機。

功能

固態熱電偶將放射性同位素二氧化鈽238自然衰變產生的熱量轉化為電能^[4]，與太陽能電池板不同，放射性同位素熱能發電機不依賴太陽，因此可以用於深空任務。

歷史

2003年6月，美國能源部（DOE）將「多任務放射性同位素熱能發電機」（MMRTG）合同授予航空噴氣洛克達因公司牽頭的團隊。航空噴氣洛克達因公司和德立台能源系統公司在過去泰萊達因公司為以前太空探索任務所設計的斯納普19型熱電轉換器基礎上合作開發了多任務型放射性同位素熱能發電機的設計概念^[5]。SNAP-19型熱電轉換器曾主要為先驅者10號和先驅者11號探測器^[4]以及海盜1號和海盜2號著陸器提供電力。

設計和規範

多任務放射性同位素熱能發電機由能源部提供的八台二氧化鈽-238通用熱源（GPHS）模塊供電，最初，這八台通用熱源模塊產生約2千瓦的熱能。

多任務放射性同位素熱能發電機設計包含碲鉛/碲銀鍺銻熱電偶（來自德立台能源系統公司），該型發動機重量為45千克^[6]，其設計功率在任務開始時為125瓦，但14年後則降至100瓦左右^[7]，在使用初期提供約2.8瓦/千克的電力。

多任務放射性同位素熱能發電機可在真空和行星大氣層中運行，例如在火星表面。它的設計目標包括確保高度安全性、在14年的最短使用壽命期內進一步優化功率水平並減輕機身重量^[2]。

太空任務應用

火星科學實驗室上的多任務放射性同位素熱能發電機。

2012年8月6日，成功降落在蓋爾撞擊坑的好奇號-火星科學實驗室攜帶的火星車，使用了一台多任務放射性同位素熱能發電機為它的部件和科學探測儀器提供熱量和電力，來自發電機的可靠電源能讓好奇號在火星上運行數年^[2]。

2015年2月20日，美國宇航局的一位官員報告說，美國宇航局有足夠多的鈽來為另外三台與「好奇號」火星車所用的那種多任務放射性同位素熱能發電機提供燃料^[8][9]，其中一台已分配給火星2020探測車^[8]，另外兩台尚未指定給任何特定的任務或計劃^[9]，可能要到2021年才能確定^[8]。

多任務放射性同位素熱能發電機於2020年7月30日在火星2020任務中成功發射入軌，這次任務使用的這台發電機是美國能源部製造的F-2號，使用壽命為14年^[10]。

即將發射的美國宇航局探索土衛六的蜻蜓號探測器也會使用多任務放射性同位素熱能發電機^[11]，在此該發電機將主要用於給一組鋰離子電池充電，然後用這種高功率密度電池讓一架四輪直升機在土衛六表面上空作短距離飛行 ^[12]。

成本

多任務放射性同位素熱能發電機的製造成本估計為1.09億美元，研發成本為8300萬美元^[13]。相比之下，通用熱源熱電機的生產和裝備費用大約只要1.18億美元。

另請參閱

• 核技術主題

• 先進斯特林放射性同位素發電機
• 放射性同位素熱能發電機(RTG)
• 太空核能