近日，由比利時(shí)工程公司Tractebel領(lǐng)導(dǎo)的PULSAR研究項(xiàng)目取得了重大進(jìn)展，公布了用于月球太空任務(wù)的钚238燃料放射性同位素動(dòng)力系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目旨在提高放射性同位素動(dòng)力系統(tǒng)的效率，并開(kāi)發(fā)歐洲生產(chǎn)钚238技術(shù)和能力。

(圖片來(lái)源：Tractebel)

PULSAR項(xiàng)目于2022年6月宣布啟動(dòng)，得到了歐盟委員會(huì)的歐洲原子能共同體研究與培訓(xùn)計(jì)劃的資助。該項(xiàng)目是Tractebel為歐洲航天局開(kāi)展的關(guān)于在歐盟生產(chǎn)钚238可能性的研究的補(bǔ)充。參與該項(xiàng)目的聯(lián)盟成員包括歐盟委員會(huì)聯(lián)合研究中心、比利時(shí)核研究中心(SCK-CEN)、法國(guó)替代能源和原子能委員會(huì)(CEA)、INCOTEC、阿麗亞娜集團(tuán)、空中客車(chē)防務(wù)與航天公司、勃艮第弗朗什孔泰大學(xué)和Arttic。

據(jù)Tractebel介紹，目前采用的核電池和放射性同位素?zé)犭姲l(fā)電機(jī)(RTG)需要大量燃料和大型RTG來(lái)為任務(wù)提供動(dòng)力，這增加了航天火箭發(fā)射的重量。而PULSAR項(xiàng)目旨在借助先進(jìn)的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)大幅提高放射性同位素動(dòng)力系統(tǒng)的效率。

此外，PULSAR項(xiàng)目還致力于開(kāi)發(fā)歐洲生產(chǎn)钚238的技術(shù)和能力。目前，歐洲沒(méi)有生產(chǎn)钚238或放射性同位素動(dòng)力系統(tǒng)的能力，這對(duì)其太空探索計(jì)劃構(gòu)成了限制。由于太空已成為歐洲的戰(zhàn)略和經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)，對(duì)其他國(guó)家的依賴(lài)成為了一個(gè)主要問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)兩年的努力，PULSAR項(xiàng)目于2024年底順利完成，并取得了顯著成果。這些成果包括針對(duì)月球應(yīng)用的概念性放射性同位素動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、歐洲钚238生產(chǎn)的可行性研究，以及探索動(dòng)態(tài)動(dòng)力系統(tǒng)在太空應(yīng)用之外潛力的市場(chǎng)分析。

PULSAR聯(lián)盟的放射性同位素動(dòng)力系統(tǒng)(RPS)旨在為需要100-500We的月球車(chē)或貨運(yùn)飛船提供支持。該系統(tǒng)采用了從圭亞那航天中心發(fā)射的安全措施，并配備了兩臺(tái)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，由位于中心的钚238熱源提供動(dòng)力。模塊化設(shè)計(jì)確保了對(duì)電機(jī)故障的彈性，預(yù)計(jì)熱電轉(zhuǎn)換效率為20%。

在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中，Tractebel的核專(zhuān)家進(jìn)行了全面的工程研究，包括結(jié)構(gòu)完整性檢查、輻射劑量評(píng)估、熱分析和機(jī)械組裝開(kāi)發(fā)。團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)了一個(gè)3D機(jī)械和熱模型來(lái)模擬月球條件，為未來(lái)的設(shè)計(jì)迭代和更高的技術(shù)準(zhǔn)備水平奠定了基礎(chǔ)。

Tractebel公司的PULSAR項(xiàng)目經(jīng)理Brieuc Spindler表示：“PULSAR聯(lián)盟所取得的成就將有助于歐洲成為太空核技術(shù)領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者。通過(guò)利用我們的核專(zhuān)業(yè)知識(shí)，我們正在突破太空探索的界限，使歐洲能夠在這一最后前沿領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。”

值得注意的是，航天界目前主要依賴(lài)光伏發(fā)電系統(tǒng)，但這種技術(shù)對(duì)于前往太陽(yáng)系外層等地的任務(wù)造成了嚴(yán)重限制。而钚238燃料的放射性同位素電源(核電池)已普遍用于太空任務(wù)，可在長(zhǎng)時(shí)間的深空任務(wù)中持續(xù)提供電力和熱量。