【核能之美】星际旅行的干粮,放射性同位素热电发动机

机械美学 2015-07-18

为啥卫星都带着太阳能电池板,新地平线号却没有却能跑那么快?新地平线号拉拉杂杂有半吨重,都能飞出去那么远,《三体》里想送一个人去外太空,左算右算,最后只送出去一斤冰冻脑花,是不是智子动用洗脑术,把人类坑了?


↓↓人类已派出的行星探测器↓↓

↓↓赴远日行星的探测器↓↓

新地平线号没有推进装置,也没有近地卫星那样的太阳能电池板(Juno有是因为它只绕着木星转)。机械君没看发射数据时,有点没转过弯为啥它能跑得那么快。咱哥说:踹一脚就一直溜啊溜啊。咱弟说:有初速度。。。咳,真空无阻力,如果不考虑天体引力的话,可以一直做匀速直线运动的嘛。

如果不看冥王星,探测器可以走哪算哪的,推进装置有没有都无所谓。但是要跑9年、48亿公里才到冥王星,很容易失之毫厘谬以千里,要纠正轨道、还要瞄准观测对象,以及发回观测报告,没有一点动力是不行滴。



由于冥王星距离太阳太远,阳光由太阳去到冥王星需要4小时,在冥王星附近能接受的太阳能只及地球千分之一,探测船无法利用太阳能产生充够的能量供活动所需,所以也就没必要装太阳能电池板了。

↓↓飞行器距离太阳越远,对能量系统的挑战也越大↓↓



在这种情况下,核能电池是唯一的选择。新地平线号探测船的动力来自它的黑尾巴,那是一枚核能电池,标准的叫法是放射性同位素热电机(Radioisotope Thermoelectric Generator,缩写RTG、RITEG)是一种利用放射性同位素的自然衰变所释放出来的热能,再以电热隅形式获得能量的发电机。

▼为星际旅行提供能源的小型核反应堆(4分31秒)▼


↑↑视频全程在说话,本想配个英文字幕,油库自动生成的惨不忍睹,试着调了几句,感觉需要去冥王星多一个来回才能搞定,只好放弃了,这个专业的朋友应该能听懂吧。

探测船有一台引擎提供转向动力,用以调节探测船相位,在差不多10年多航行时间之间,可以修正飞向冥王星的轨道。


当探测船接近冥王星时,要调校船身以便所有探测仪指向冥王星。


飞越过冥王星之后,又要调校船身以便观察卡戎和其它卫星,待完成探测后,又要再转校船身,使高增益天线指向地球,将收集到的数据送回地球。。。。


由于当年预算所限,新地平线号不能像它的前辈旅行者1、2号一样,使用旋转式平台执行较简单的指令,而只能以调节船身相位这个笨办法转身。

↓↓放射性同位素↓↓

↓↓新地平线发射前的RTG。得好好算算,干粮带够没,别饿着娃。。。

↓↓星际旅行的干粮。为了省口粮,新地平线号探测器途中累计休眠了1873天,相当于飞行时间的三分之二都在挨着饿睡觉,以便节约电力消耗。等飞出柯伊伯带,它是会耗尽电直接变成聋子哑巴,还是继续睡呢,还是放心吃顿饱饭有一天是一天呢?

▼热电发动机是如何工作的(5分10秒)▼


↑↑也是全程在说话,语速还特别快,系统自动字幕完全不能看,不如多听几遍吧

↓↓有了这个RTG,新地平线号上的装置可以很快按指令启动,例如LORRI,ALICE和Ralph能在10毫秒内开始拍照



↓↓Ralph可以一分钟内扫描

↓↓新地平线号的各工作部件

↓↓不明觉厉的高能图

↓↓GPHS-RTG(General Purpose Heat Source - Radioisotope Thermoelectric Generator)是新地平线号所采用的型号



↓↓这个是纸折的,嘿嘿↓↓

别看这玩意听上去高大上,从1964年就在用了,机械君还找到一张1934年的专利图。


↓↓1934年的热电机↓↓


↓↓放射性同位素电机的发展↓↓


↓↓MHW-RTG↓↓

↓↓生产过程↓↓


所有外空间探测器都采用类似的设计。从1961年起,一共有46个RTG被运用于26个美国的飞行系统,其中包括阿波罗飞船。

↓↓左边这是Viking号用的SNAP 19 RTG

↓↓旅行者Voyager号用的RTG



↓↓Ulysses用的RTG


↓↓好奇号火星探测车


↓↓有了高能的电池,探测器们才不会失联,人类的地平线才能推移向更远的地方


再牛B的探测器,也比不过一个活生生的大脑

在刘慈欣的科幻史诗《三体》中,人们计划送一个探测器去窥探三体舰队。然而必须达到光速的百分之一,即3000公里/秒,才能赶在敌人到达家门口之前发挥间谍作用——目前借助人类的火箭能达到的最高速度,以新地平线号为准,是16.7公里/秒,对于星际旅行来说,毛用都没。


一个情报装置,没有信息交互系统是不能运作的——然而在家门口的冥王星,新地平线号以光速传递回地球的信息,需要9个小时才能有一个来回,探测器跑的距离可不止这么点,而且三体人不傻,信息铁定被截获,毛用都没。


另外,探测器能看到得很有限,能做的更有限,就说这个速度吧,它无法减速,顶多只能和三体舰队擦肩而过。——新地平线号30分钟内掠过了冥王星系统,毛用都没。


于是有了阶梯计划,一艘装有辐射帆、轻如鸿毛的飞行器,在它的航行路线上预埋了300枚核弹,核弹逐个爆破,脉冲式地推进辐射帆,使飞行器阶梯加速,最终达到了预设目标。这个轻如鸿毛的飞行器只带了半公斤的负载——一个冰冻大脑。


然后就是洞悉一切的三体人,难以抵抗一个活标本的诱惑,把这个蹩脚的肉团陷阱拉回舰队,解冻复活,养起来研究,例如电击,例如夜夜严刑逼供,白天又得讲童话故事,例如铁链穿了琵琶骨丢进炼丹炉,以三昧真火慢慢炖,将木马植入大脑魔音绕耳,导致反复死机反复重启。。。咦?总之,以各种试验折磨,最后克隆出身体,植入后炼就了宇宙的救世主。。。哈利路亚~~

呃。。又串茬了,这货是忍者神龟里的朗格。。。来张折纸玩吧



核能有兴趣的朋友,可以发送下面的红色数字回顾机械美学往期内容:

83期:【核能之美】被驯服的猛兽:核电站探秘

175期:【核能之美】Zwentendorf,多瑙河畔的未尽之梦

241期:【废墟之美】英雄的归宿,切尔诺贝利的车辆墓地

283期:【守护之美】切尔诺贝利,以全人类之名封印

300期:【杀器之美】沙皇氢弹,人类史上杀伤力最大的炸弹之王

301期:【能源之美】恒星级热核聚变,悬浮在超导甜甜圈中的人造太阳


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