探索外太阳系需要能量:这里有一种方法可以使深空核能电池小型化

2015年7月，美国国家航空航天局（NASA）新地平线（New Horizons）航天器拍摄的冥王星彩色增强图像。更彻底地探索外太阳系将需要航天器的高效动力系统。图片来源：NASA/约翰霍普金斯大学应用物理实验室（JHUAPL）/西南研究所（SwRI）

随着科学技术的进步，我们要求我们的太空任务提供越来越多的成果。NASA的MSL好奇号和毅力号火星车说明了这一事实。坚持不懈是技术的完美结合。这些尖端的漫游者需要大量电力来完成任务，这意味着需要庞大而昂贵的电源。

太空探索是一项日益耗能的事业。轨道飞行器和飞行任务可以使用太阳能执行任务，至少可以到木星那么远。离子驱动可以把航天器带到更远的地区。但要真正了解遥远的星球，如木星和土星的卫星，甚至更遥远的冥王星，我们最终需要像在火星上一样在其上着陆漫游者和/或着陆器。

这些任务需要更多的能量来运行，这通常意味着MMRTG（多任务放射性同位素）热电能源产生器）但它们体积大、重量重、价格昂贵，是航天器的三个不受欢迎的特性。每一个花费超过1亿美元。有更好的解决方案吗？

斯蒂芬·波莉认为有。

波莉是罗切斯特理工学院纳米动力研究实验室的研究科学家。他的工作重点是我们大多数人可能从未听说过的事情：通过金属有机气相外延（MOVPE）开发、生长、表征和集成III-V材料。

虽然这对非专业人士来说听起来很复杂，但太空爱好者很容易理解他的所有工作所带来的想法：一种潜在的新的权力方式太空任务.

波利正在研究一种革命性的方法，在前往外行星的长途旅行中为航天器提供动力。它被称为热辐射电池（TRC），类似于MMRTG。它使用放射性同位素作为动力源。

Polly依靠一种称为金属有机汽相外延（MOVPE）的技术。它使用化学蒸汽来生产多晶薄膜。这是一个工业过程用于光电子制造发光二极管（LED。）波利的工作使用MOVPE创建热辐射电池（TRC）

TRC和MMRTG一样使用放射性同位素，并且基于放射性衰变产生的热量，但有区别。衰变使TRC升温，然后发光。然后光到达光伏电池，光伏电池反过来产生电能。这有点像MMRTG和太阳能.

但波莉的想法要小得多，这是航天器工程的圣杯。Polly在一份简短的新闻稿中解释道：“与传统的多任务放射性同位素热发生器（MMRTG）相比，该装置由放射性同位素热源驱动，可使质量特定功率增加一个数量级（约30 W/kg vs.约3 W/kg），体积减少三个数量级。”。

波莉的热辐射电池概念可能会改变我们进行太空探索的方式，使我们能够使用更小、更通用的航天器，如立方体卫星。图片提供者：斯蒂芬·波莉

Polly写道，这些设备可能有助于彻底改变我们的太空探索活动。这可能导致不需要展开大型太阳能电池板或携带笨重MMRTG的小型航天器激增。技术进步不断缩小科学有效载荷，因此如果电源立方体卫星可能会变得更加有用。

“这将直接使小型卫星任务能够到达外行星波莉解释道。该技术的首次使用可能是执行天王星任务。“我们将分析一个热辐射转换器，为立方体卫星（或立方体星舰队）提供动力，该卫星可以与旗舰天王星飞行任务一起飞行，执行诸如作为大气探测器的信息中继，以及获取行星和卫星的视差视图等任务。"

当我们把宇宙飞船发射到太阳系去探索大自然时，我们一直在追求骑乘，至少我们的智力和想象力是如此。如果波利的工作取得成果，并且可以用更小、更有效的能源建造航天器，那么这次飞行将变得更加有趣。

波莉的想法是NIAC的第一阶段选择，即NASA创新高级概念项目。他得到了进一步发展这个想法的资金。