L3Harris 研发下一代核动力RTG助推深空探索

美国技术公司 L3Harris Technologies 宣布已完成下一代核能动力源的设计，用于未来 NASA 的深空任务，这标志着航天器动力技术的关键进步。

该公司的下一代放射性同位素温差发电机（Next Gen RTG）于 4 月 2 日通过了关键设计评审（CDR），为外太阳系探索的新时代铺平了道路。

航天界主要依赖光伏动力系统，这项技术最初是为航天应用而开发的，并已在地面找到了许多用途。然而，这些系统对前往外太阳系等地的任务构成了严重限制。可用的太阳能随着与太阳距离的平方而减少。例如，在土星上，太阳能功率密度比地球低一百倍。

放射性同位素温差发电机（RTG）将钚-238放射性衰变产生的热量转化为电能。它们已使用了 60 年。早期版本仍在为 NASA 的“旅行者”号双探测器提供电力，这两个探测器于 1977 年发射，目前正在星际空间中航行。

下一代 RTG 是由通用热源 RTG 发展而来的，这些 RTG 曾为 NASA 的“卡西尼”号土星轨道飞行器提供电力，最近还为“新视野”号探测器提供电力。“新视野”号于 2015 年完成了对冥王星的飞越，目前正在探索柯伊伯带，这是一个遥远的、甜甜圈形状的冰质碎片和矮行星区域，延伸到海王星轨道之外。

与目前为 NASA 的“好奇”号和“毅力”号火星车供电的、由 L3Harris 制造的多任务 RTG 不同，下一代 RTG 针对在太空真空中运行的航天器进行了优化，而不是在行星表面运行。真空优化设计允许在深空环境（如天王星轨道飞行器等任务将运行的环境）中进行更有效的热排散和发电。因此，下一代 RTG 在重量与多任务 RTG 大致相同的情况下提供了更高的功率输出。每个下一代 RTG 在其寿命初期能够产生约 250 瓦的功率，将为探索太阳系外缘的航天器提供可靠、长寿命的电力。

美国能源部 Idaho国家实验室于 2021 年与 L3Harris 签订合同，旨在重建传统系统的关键技术并根据对新的深空任务日益增长的兴趣更新设计。该合同预计将于 2027 年结束，届时将进行生产成熟度评审，以验证可以使用已重建的材料和组件制造下一代系统。

“我们正在证明我们能够再次做到，” L3Harris 空间推进与动力系统项目经理 Leo Gard 说。“虽然我们没有制造原始发电机，但我们通过创造性地解决问题，成功地重建了不完整的文档，并为过时的组件确定了现代等效品。”

L3Harris 的 RocketWorks 和动力系统总经理 Bill Sack 补充说：“通过 CDR 是一个重要的里程碑，因为它验证了我们的设计满足所有技术要求并且可以制造。这也表明，在多年生产受限之后，我们已经成功地重建了这一关键能力。”

他补充道：“下一代 RTG 代表着效率的显著飞跃。我们在相同的质量范围内提供更多电力，这对于深空任务中每一千克都至关重要。”

作为下一代 RTG 计划的主要承包商，L3Harris 负责主要结构和整体系统集成。马里兰州亨特谷的 Teledyne Energy Systems Inc 制造将热量转化为电能的热电偶，而科罗拉多州博尔德的 BAE Systems Space and Mission Systems 负责绝缘材料。

飞行单元最早可能在 2030 年代初开始为 NASA 的深空探测器提供电力，包括一项拟议的天王星轨道飞行器任务，该任务将使用两个下一代 RTG 提供电力，并使其对温度敏感的部件保持足够温暖以在外太阳系的严寒环境中运行。这种双重用途的能力使得 RTG 对于此类任务不可或缺。

L3Harris 表示，除了天王星轨道飞行器外，这些动力系统还可能支持：前往海王星及其卫星海卫一的延伸任务；能够超越“新视野”号航天器范围的柯伊伯带天体探测器；对外行星卫星的长期任务；以及比“旅行者 1 号”和“旅行者 2 号”走得更远的星际前驱任务。