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先進斯特林放射性同位素發電機

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先進斯特林放射性同位素發電機剖面圖

先進斯特林放射性同位素發電機(Advanced Stirling radioisotope generator)，簡稱：ASRG，是美國宇航局格倫研究中心首次開發的放射性同位素發電系統。它使用斯特林能量轉換技術將放射性衰變熱轉換成供航天器使用的電能。該種發電機採用的能量轉換過程比以前的放射性同位素系統效率高出四倍，只需使用其他類似發電機四分之一的鈈-238就能產生出相同的電力。

儘管先進斯特林放射性同位素發電機的飛行開發合同於2013年已被終止，但美國宇航局仍繼續對私人公司進行小型投資試驗，預計到2028年基於斯特林發電機的飛行裝置將準備就緒。

開發

2000年，在美國能源部（DoE）、洛歇·馬丁航天系統公司和美國宇航局格倫研究中心（GRC）斯特林研究實驗室[1]的聯合贊助下，開始為未來可能的太空任務進行開發。

2012年，美國宇航局為發現12號行星際飛行任務選擇了使用太陽能供電的任務（洞察號），否則計劃在2016年的發射就需要一套放射性同位素發電系統，但該任務後來被推遲到2018年。

美國能源部在2013年底取消了洛歇公司的合同，當時的成本已經上升到2.6億美元以上，比最初的預期高出1.1億美元[2][3][4][5]，同時還決定利用剩餘的項目硬件建造和測試第二台樣機用於測試和研究，該樣機於2014年8月完成收尾，並被運至格倫研究中心[6][7]。2015年進行的測試顯示，該系統僅運行175小時後，功率波動就變得更頻繁，變化幅度也更大[8][8]。

美國航天局也需要更多的資金來繼續生產鈈-238，用於現有為同時期遠程探測器任務供電的「多任務放射性同位素熱能發電機」，所以決定利用取消先進斯特林發電機節省出的資金來維持，而非從科學任務中獲得撥款[7]。

儘管先進斯特林放射性同位素發電機的飛行開發合同已終止，但美國宇航局仍繼續對太陽能源公司（SunPower）和英菲尼亞公司（Infinia）開發的斯特林轉換器技術進行少量的投資測試。此外還有洛歇公司提供的裝置和先進冷卻技術公司提供的可變熱導熱管[1][9]，預計基於斯特林技術的飛行準備裝置要到2028年才能問世[10]。

規格

斯特林循環的轉換效率高於之前任務（海盜號、先驅者號、旅行者號、伽利略號、尤利西斯號、卡西尼號、新視野號和火星科學實驗室）中所用的放射性同位素熱能發電機，這是該種發電機具有的極大的優勢，即二氧化鈈燃料可減少了四倍，質量只為同位素熱能發電機（RTG或MMRTG）的一半，且只需以前發電機所用四分之一的鈈燃料就可產出140瓦的電力[11]。

二台已完成樣機具有以下預期規格:[12]

  • ≥14年壽命
  • 額定功率：130瓦
  • 質量：32千克（71磅）
  • 系統效率：≈26%
  • 二氧化鈈238的總質量：1.2千克（2.6磅）
  • 鈈封裝在兩台通用熱源（「鈈238塊」）模塊中
  • 尺寸：76厘米×46厘米×39厘米（2.5英尺×1.5英尺×1.3英尺）

飛行提議

先進斯特林放射性同位素發電機可安裝在各種各樣的飛行器上，從軌道飛行器、着陸器和漫遊車到氣球及行星際飛船。其中一項提議使用該型發電機的探索任務是時間號着陸器，該任務主要為探測土星最大的衛星-土衛六，計劃於2015年1月[13]}}或2023年發射[14]。但2009年2月，美國宇航局/歐空局宣佈，在土衛六－土星系統任務（TSSM）之前（可能也包括「時間號」任務[15][16])將優先考慮木衛二－木星系統任務（EJSM/Laplace）。2012年8月，時間號在2016年發現級提案評選中也輸給了洞察號火星着陸器[17]。

天王星軌道探測器任務計劃使用三台先進斯特林放射性同位素發電機為天王星系統的軌道飛行器提供動力[18]。另一項使用先進斯特林放射性同位素發電機的天王星探測器概念是繆斯號（MUSE），它被評估為歐空局 L級任務和增強版新疆界任務 [19]。木衛二－木星系統任務任務也建議使用四台先進斯特林放射性同位素發電機為木星系統的軌道飛行器提供動力，另一項可能使用該種發遇機的任務則是火星間歇泉跳躍者。

2013年，曾提議為研究木衛一的新疆界計劃第4次任務[20][21]-火探測器上搭載三台先進斯特林放射性同位素發電機。

參見

參考文獻

  1. ^ 1.0 1.1 斯特林研究实验室/热能转换. [2016-08-12]. （原始內容存檔於2014-12-26）. 
  2. ^ 先進斯特林放射性同位素發電機被取消的背景 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） 未來行星探索
  3. ^ 先進斯特林放射性同位素發電機計劃結束 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. Author: Casey Dreier. 23 January 2014.
  4. ^ 美國宇航局格倫研究中心支持先進斯特林放射性同位素發電機項目 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. (PDF) Wilson, Scott D. 美國宇航局格倫研究中心. 2015年4月1日. 2016年4月8日查閱.
  5. ^ 先进斯特林放射性同位素发电机装置在格伦研究中心的测试 (PDF). [2016-05-20]. （原始內容存檔 (PDF)於2020-07-10）. 
  6. ^ 先进斯特林放射性同位素发电机项目2号样机（ASRG EU 2）总装 (PDF). [2016-05-20]. （原始內容存檔 (PDF)於2017-05-02）. 
  7. ^ 7.0 7.1 洛克希德缩小先进斯特林放射性同位素发电机项目团队以开始收尾工作 - SpaceNews.com. 2014年1月16日 [2016年8月31日]. 
  8. ^ 先進斯特林放射性同位素發電機2號樣機異常調查 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. 美國宇航局. Lewandowski, Edward J., Dobbs, Michael W., and Oriti, Salvatore M. 發佈日期：2018年3月30日.
  9. ^ 優化的熱管後備冷卻系統在斯特林變換器上的測試研究 [sic] （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. (PDF) 美國宇航局格倫研究中心.2016年3月1日.
  10. ^ 斯特林技术交流会议 (PDF). [2016-04-08]. （原始內容 (PDF)存檔於2016-04-20）. 
  11. ^ Leone, Dan. 火星2020年任务后，美国钚储备尚可再制造两台核电池. 太空新聞. 2015年3月11日 [2015-03-12]. 
  12. ^ Reckart, Timothy A. 先进斯特林放射性同位素发电机. 格倫研究中心 (美國宇航局). 2015年1月22日 [2016-04-08]. （原始內容存檔於2016-03-30）. 
  13. ^ {{cite web|url=http://www.spacepolicyonline.com/pages/images/stories/PSDS%20Sat1%20Stofan-TIME.pdf （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） 泰坦海洋探測器(時間號)]:首次探索外星海洋
  14. ^ 泰坦海洋探測器: 探索土衛六的時間 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. (PDF)月球與行星研究所(2012年).
  15. ^ 美国航天局和欧空局优先考虑外太阳系行星任务. 美國航天局. 2009年2月18日 [2021年2月14日]. （原始內容存檔於2011年8月25日）. 
  16. ^ Rincon, Paul. 进入太空机构视野中的木星. BBC新聞. 2009年2月18日 [2021年2月14日]. （原始內容存檔於2009年2月21日）. 
  17. ^ Vastag, Brian. 美国航天局将于2016年向火星发射机器人钻机. 《華盛頓郵報》. 2012年8月20日 [2021年2月14日]. （原始內容存檔於2018年6月19日）. 
  18. ^ Smith, R.M.; Yozwiak, A.W.; Lederer, A.P.; Turtle, E.P. 天王星系统的荷鲁斯-赫歇尔轨道侦察. 第41屆月球與行星科學會議. 2010年, (1533): 2471. Bibcode:2010LPI....41.2471S. 
  19. ^ 存档副本 (PDF). [2021-02-14]. （原始內容存檔 (PDF)於2020-09-27）. 
  20. ^ 木衛一重複交會飛越：一項探索木衛一的新疆界任務設想. Terry-Ann Suer, Sebastiano Padovan, Jennifer L. Whitten, Ross W.K. Potter, Svetlana Shkolyar, Morgan Cable, Catherine Walker, Jamey Szalay, Charles Parker, John Cumbers, Diana Gentry, Tanya Harrison, Shantanu Naidu, Harold J. Trammell, Jason Reimuller, Charles J. Budney, Leslie L. Lowes. 《太空研究進展》, Volume 60, Issue 5, 2017年9月1日, Pages 1080-1100
  21. ^ 木衛一重複交會飛越(火): 一項旨在研究太陽系火山體內部的新疆界任務 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. (PDF) R. W. K. Potter, M. L. Cable, J. Cum-bers, D. M. Gentry, T. N. Harrison, S. Naidu, S. Padovan6, C. W. Parker, J. Reimuller, S. Shkolyar, T-A. Su-er, J. R. Szalay, H. J. Trammell, C. C. Walker, J. L. Whitten and C. J. Budney.2013年第44屆月球與行星科學會議.

外部連結

 

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