科學探索：為什麽NASA的毅力號火星探測器使用核能？

NASA的毅力號火星漫遊車展示了其MMRTG插入的位置，在右側由金管標注的麵板之間。圖片來源： NASA and JPL-Caltech
航空飛船的性能是由其動力源決定的，所以當NASA在設計毅力號火星探測器時使用了放射性鈈。這些鈈單元是一類相當不錯的飛船能源——NASA的好奇號火星探測器就使用了相似的設備。
“NASA喜歡探索，我們不得不在一些極其遙遠、多塵、黑暗的地方和惡劣的環境中進行探索”NASA位於俄亥俄州的格倫調查中心的核燃料專家June Zakrajsek在美國能源部（DOE）關於毅力號任務的播客中這樣說。“我們在這種環境中，太陽能有時不能為我們提供所需的能量。光線就是不能到達我們所需要的位置。”
當然，一些NASA的火星探測任務使用了太陽能，現在在火星上的洞察號著陸器就搭載了太陽能電池板，本世紀初的勇氣號和機遇號火星車這對“雙胞胎”也一樣。但由於火星上太陽能很微弱，機遇號已淪為了一個擺設，因為一場巨大的沙塵暴阻斷了它步入陽光的路，而它也就此駛向終結。但如果將核能作為火星車的能源，我們就不需要為這種情況擔憂。所以在毅力號探測車的設計上，NASA轉而在一個名為多任務放射性同位素熱電發生器（MMRTG）的係統中使用了鈈，它能夠為飛船提供大約14年的能量。


圖片來源：Pixabay
美國橡樹嶺國家實驗室的核能專家Bob Wham在同一播客中說：“在沒有延長線，也沒有修理工的情況下，它就必須是完全可靠的。”正如毅力號火星車剩下的部分，MMRTG很大程度上借鑒了好奇號火星車。好奇號火星車於2011年發射，於2012年在火星著陸並穩定工作至今。根據美國能源部的數據，毅力號火星車搭載MMRTG已經投入使用了七年，其工作時間和為好奇號火星車供能的上一代產品幾乎一樣長，價格高達7500萬美元。（其他種類的核動力源也曾執行過深空航行任務，例如有40年曆史的旅行者號探測器和穿越土星環的卡西尼號飛船。）
按照設計，毅力號的MMRTG能產生110瓦特的功率，大概與一個電燈泡的能耗相同。鈈將會衰變並散發熱量，發電機會將其轉化為能量，為火星車上的設備供能，並產生足夠的熱量以保護航天器免受火星上寒夜和寒冬的影響。鈈是由一種與現在完全不同的元素鎿製備而來的，科學家在核反應堆中用中子照射了它兩個月，才將其轉化為MMRTG所需的鈈。接下來，鈈又與陶瓷混合在一起製成化合物，相比於用在武器中的那些，它更加安全。
盡管如此，將一個核動力源放在火箭的頂部還是需要一些預防措施的。最重要的是每一個鈈顆粒都封閉於銥中，如果它落回地球，銥將會把放射性物質控製在內部。根據NASA和美國能源部的說法，這曾三度發生於空間核動力源上，但沒有一次造成任何損害，其中一個動力源甚至從海洋中被捕撈出來供另一項任務使用。


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NASA給這一發射任務的控製小隊增強了人手，以協調任務中核方麵的任何必要應對措施。為了毅力號的發射，美國政府預估了發射當天可能出現的所有意外事件，涵蓋了從發射前可能產生一係列地理影響的問題到升空後地球軌道阻礙飛船駛向火星的問題。
根據美國政府的模型，這兩種情況發生的概率都小於0.1%。如果在發射過程中確實發生了問題，計算表明最嚴重的核泄漏相當於美國居民受到八個月的核輻射。毅力號現在已經被安裝到發射台上，搭載了包含32個銀色的熱塊狀燃料的MMRTG，準備被發射至火星。與好奇號不同的是，毅力號的一部分是由美國全新製造的。根據好奇號降落後Slate網站的報道，這些任務中使用的鈈來自核武器製造過程中的副產品。美國政府在上世紀80年代終止了這一類鈈的供應，因為他們認為這些鈈已經足夠使用了。
但最近，NASA一直在限製這一能源的供給，這就是美國能源部在2015年決定重新開始生產鈈的原因。根據美國能源部的數據，現在每年能生產14盎司（400克）鈈，並著眼於在2026年每年生產3.3磅（1.5千克）至於這些鈈的去向，NASA未來的核動力任務已經在進行當中。該機構的蜻蜓任務指一架飛向土星奇怪大型衛星泰坦的無人機，它將由MMRTG供能。這一航天器計劃將於2026年發射。
作者：Meghan Bartels，美國紐約的自由科學撰稿人。
翻譯：魏沁悅
審校：費哲妮
引進來源：科學美國人
引進鏈接：https://www.scientificamerican.com/article/strongest-evidence-yet-shows-air-pollution-kills/


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