人类史上最接近 探测船「朱诺号」进入木星轨道

美国宇航局(NASA)无人木星太空探测船「朱诺号」(Juno),今天于北京时间今午11点18分左右顺利进入木星轨道,在距离其4100公里上空绕行,是首次有人类探测器如此接近木星。朱诺号未来20个月将探索木星,以助科学家了解木星以及太阳系的起源。

「朱诺号」于北京时间10点42分点燃主引擎,花约35分钟进入木星轨道。因木星上辐射物质是致命浓度的逾1000倍,太空船若靠太近将被烤焦,因此绕行木星轨道的风险极高,遑论登陆表面。

木星大气层由氢与氦组成,距地球约8.7亿公里,据信是太阳系最早出现的行星,直径14万2984公里,比地球宽11倍、质量大300倍,是太阳系最大行星。 「朱诺号」为太阳能无人太空探测船,花了5年时间进入木星轨道,科学家希望能搜集到有关水的关键资讯,「木星水量是理解其形成的关键,因此对于理解太阳系如何形成至关重大。」

NASA今日直播只会呈现虚拟影像,「朱诺号」进入轨道后拍摄的木星影像,将会在8、9月公布。

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有史以来所有造访木星的太空船,包括短暂飞越木星的先锋号、航海家,和绕行木星八年的伽利略号都是没有太阳能板的,只有朱诺号是配备太阳能板的。这也使得它体积与重量剧增,它的三个8.9公尺长的庞大太阳能板,一个篮球场都放不下,也比其他造访过木星的太空船大得多。

因为木星离太阳远,朱诺号最多只会收到地球附近4%的阳光,因此只有增加太阳能板的面积,但是这也让朱诺号的重量增加了340公斤。得益于近年太阳能板的光伏效率大幅精进,当前已经是朱诺号的“完美身材”。

造成朱诺号与其它前辈不同的原因在于朱诺号独特的能源构成。

之前的木星探测器大多靠「放射性同位素热电机」(Radioisotope Thermoelectric Generator,简称为RTG)来驱动,它是一种小型的核能发电机。它的「核能」不是核能发电厂那种核分裂连锁反应,说穿了只是一坨高纯度的放射性原料,在放射的过程中会生热,因此就是一个不用插电的暖炉。如是这时候再把「热电偶」放在冷热的交界处,温度差异产生的热电效应就会产生电压,提供稳定的电流,就好像一个源源不绝的电池。这样的电源虽然能量转换效率低,但是能量够大、体积小。

这些都是深入木星轨道以外的美国太空船,那里阳光不足,因此几乎都用RTG.朱诺号和欧洲探测彗星的「罗塞塔号」是所有到小行星带外的太空船中唯二没有RTG的。

但是,可以用来做RTG的放射性同位素并不多,苏联曾经把「锶90」做的RTG给北极圈里方圆百里无人烟的灯塔,只是锶-90的β衰变放射线穿透力强,需大块厚重的金属层层包起来才行。苏联解体后,曾有偷废铁的小偷看上这堆「废铁」,就把老旧的RTG大卸八块拆回家,却被放射线弄得几乎一命呜呼,还不知道怎么死的。

适合放在太空船上的只有「钸238」,因为它的能量更大,但薄薄的金属壳就足以挡住它α衰变产生的放射粒子,而且半衰期为87.7年,特别适合需要长期飞行的太空船。只有一个问题:自然界没有钸238,它是制造核子武器的副产品,当年核子俱乐部的国家只有美国和苏联看出它的价值,把它留下来。美国六零年代生产大量核子武器,手上的钸238多得用不完,不但阿波罗计划的登月小艇都有RTG(至今还在发电),有的人造卫星也有。苏联应该也半斤八两,发射不少带有RTG的人造卫星,只是资料从来没有公布。后来太阳能板技术渐渐成熟,就不再在普通人造卫星上用RTG了。

好景不常,美苏限武谈判后全面停止制造核武,1988年后美国就不再制造钸238,NASA才惊觉未来太空船的能源有问题,还好俄国对钱的兴趣更甚于太空探险,赶快向它买16.5 公斤。现在NASA手上的钸238一共只有35公斤,但是堪用的只有17公斤。

17公斤很多吗?好奇号火星车就用了来自俄国的4.1公斤,几个月前通过冥王星的新地平线号用了约10公斤,正在土星的卡西尼太空船更用掉30公斤。

美国预计要砸下9千万美金,由能源部负责生产,估计在2018年后可以达到稳定量产:每年1.5至2公斤,省着点用还勉强活得下去。另一方面,NASA也在发展效率是RTG四倍的「先进史特林同位素发电机」(advanced Stirling radioisotope generator,ASRG),那就更省了。没办法,现在入流的国家都不再制造核武,钸238就成了稀世珍宝,难道要NASA向朝鲜买吗?

钸238

 

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