關注太空新聞的朋友大概都知道,歐洲太空總署(ESA)那個很可愛,史上第一個成功軟著陸在彗星的小太空船「菲萊」(Philae)壯志未酬,正式與世長辭了。
可憐的菲萊,你2014年底降落在彗星表面時沒固定好又彈起來,掉進黑暗的山谷,太陽能板無法充電,幾個小時後電池用完就昏睡了。我了解你的委屈,你已經鞠躬盡瘁,用剩下的一點電測得可貴的資料,但地球上很多人說你笨,說你在美國NASA的表哥表姐近年都無往不利,只有你搞砸了。可是我知道這不是你的錯,而是你先天不足,注定你短暫悲慘的一生。
ESA製造的卡通裡的一幕,可惜事與願違,可愛的小菲萊雖然曾有一次送出短短的訊號,但沒有真正的醒來過。(圖片來源:ESA)
我說菲萊先天不足是有原因的。大家都知道彗星表面一定崎嶇不平,登陸時很可能出槌,而且彗星接近太陽時噴出的氣體會遮住陽光,ESA怎麼會選用太陽能板當做能量來源呢?你會不會覺得奇怪,為什麼那些深入太陽系外圍,探訪陽光黯淡的其他星球的太空船幾乎都是美國的?
你看看你看看,這樣子用太陽能板,即使菲萊能降落在平坦的地表(只存在於畫家的想像裡),效率也很差。(圖片來源:ESA)
原來ESA少了一樣NASA的法寶,才落得這個光景。說到這法寶,已經離開太陽系的航海家太空船有它,正在火星上的好奇號探測車也有它,就連電影《絕地救援》裡的麥特戴蒙晚上睡覺怕冷也拿它加熱。
這個法寶叫做「放射性同位素熱電機」(Radioisotope Thermoelectric Generator,簡稱為RTG),是一種小型的核能發電機,幾乎是美國的獨門絕活。別被嚇到,它的「核能」不是核能發電廠那種核分裂連鎖反應,說穿了只是一坨高純度的放射性原料,在放射的過程中會生熱,因此就是一個不用插電的暖爐。如是這時候再把「熱電偶」放在冷熱的交界處,溫度差異產生的熱電效應就會產生電壓,提供穩定的電流,就好像一個源源不絕的電池。這樣的電源雖然能量轉換效率低,但是能量夠大、體積小,就是一塊東西,沒有動件,不需維修,真好。
可以用來做RTG的放射性同位素並不多,蘇聯曾經把「鍶90」做的RTG給北極圈裡方圓百里無人煙的燈塔,只是鍶-90的放射線穿透力強,需大塊厚重的金屬層層包起來才行。蘇聯解體後,曾發現有偷廢鐵的人把老舊鍶90的RTG大卸八塊拆回家,不知情的小偷卻被放射線弄得幾乎一命嗚呼,卻還不知道怎麼死的。
前蘇聯留下的「鍶90」RTG。(圖片來源:維基百科)
適合放在太空船上的更只有「鈽238」,因為它的能量更大,但薄薄的金屬殼就足以擋住放射線,而且放射衰變消耗掉一半材料的時間(半衰期)為87.7年,特別適合需要長期飛行的太空船。只有一個問題:自然界沒有鈽238,它是製造核子武器的副產品,當年核子俱樂部的國家只有美國和蘇聯看出它的價值,把它留下來。美國六零年代生產大量核子武器,手上的鈽238多得用不完,不但阿波羅計劃的登月小艇都有RTG(聽說還在發電),有的人造衛星也有。蘇聯應該也半斤八兩,發射不少帶有RTG的人造衛星,只是資料從來沒有公布。後來太陽能板技術漸漸成熟,就不再在普通人造衛星上用RTG了。
鈽238自己燒紅的金屬塊。(圖片來源:維基百科)
好景不常,美蘇限武談判後全面停止製造核武,1988年後美國就不再製造鈽238,NASA才驚覺未來太空船的能源有問題,還好俄國對錢的興趣更甚于太空探險,趕快向它買16.5 公斤。現在NASA手上的鈽238一共只有35公斤,但是堪用的只有17公斤。
17公斤很多嗎?好奇號火星車就用了來自俄國的4.1公斤,幾個月前通過冥王星的新地平線號用了約10公斤,正在土星的卡西尼太空船更用掉30公斤。
這些都是深入木星軌道以外的美國太空船,那裡離太陽太遠,陽光不到地球的4%,因此幾乎都用RTG,只有最近(2011年)發射,用來探測木星的Juno為了省鈽238,只好使用太陽能。Juno本體沒有特別大,但有巨大的太陽能板。除了帶著菲萊的歐洲太空船「羅塞塔號」外,其他所有離開小行星帶的太空船全是美國的。羅塞塔號和Juno是唯二沒有RTG的。
美國預計要砸下9千萬美金,由能源部負責生產,估計在2018年後可以達到穩定量產:每年1.5至2公斤,省著點用還勉強活得下去。另一方面,NASA也在發展效率是RTG四倍的「先進史特林同位素發電機」(advanced Stirling radioisotope generator,ASRG),那就更省了。沒辦法,現在入流的國家都不再製造核武,鈽238就成了稀世珍寶,難道要NASA向北韓或中國買嗎?
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- 2樓. 看雲2019/01/05 01:06
"難道要NASA向北韓或中國買嗎?"
也許這是川普討好金小胖的原因之一
- 1樓. 看雲2016/02/20 02:35英國、法國不是也試驗過核彈嗎? 怎麼沒有這項副產品?我找不到其他核子聚樂部的成員國這方面的資料。可能是因為產量遠不如美蘇兩國,也可能是其他政治原因。 火星情報總長 於 2016/02/20 08:05回覆