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放射性同位素动力系统 (RPS)

 星星啊月亮呀 2023-05-20 发布于北京

●Zeno Power 获得 3000 万美元用于为美国军方建造放射性同位素动力卫星

这家初创公司开发了 RPS 系统,这是一种核能技术,可以将衰变的核材料产生的热量转化为电能。

➠放射性同位素驱动卫星的渲染图。图片来源:Zeno Power Systems

据航天防务新闻网站2023 年 5 月 18 日报道——Zeno Power Systems 获得了一份价值 3000 万美元的合同,到 2025 年为美国空军建造一颗放射性同位素动力卫星。

该公司的联合创始人兼首席执行官泰勒伯恩斯坦告诉SpaceNews,这份为期四年的合同是一项“战略资金增加”协议,提供 1500 万美元的政府资金,以及来自私人投资者的 1500 万美元。

Zeno 是一家成立于 2018 年的初创公司,开发放射性同位素动力系统 (RPS),这是一种核能技术,可将衰变核材料的热量直接转化为电能。 

伯恩斯坦说,该公司为小型卫星设计了一个 RPS 概念,目的是让这项技术更容易获得。几十年来,NASA 一直使用 RPS 为深空探测器提供动力,但由于成本和监管障碍高,该技术尚未商业化。

Zeno 的 RPS 更小,使用的材料更少。Bernstein 预计该系统将清除监管障碍并获准在 2025 年发射,利用美国政府对核动力太空任务的更简化审查程序。 

该公司于 2019 年向空军研究实验室提出了 RPS 想法,并赢得了多项小型企业创新研究合同。STRATFI 协议于 2022 年 8 月签署。

伯恩斯坦称 STRATFI 交易是 RPS 作为为军用航天器提供动力的可行技术的“关键验证”。为了为其在该项目中的份额提供资金,该公司将从去年筹集的 2000 万美元 A 轮风险投资中提取资金。 

伯恩斯坦说,军方希望卫星能够机动而不必担心燃料耗尽。RPS 将支持该目标。

AFRL 美国太空部队项目经理 Thomas Nix 中校表示,该技术将“实现不同轨道之间的持续机动性,为国防部解锁新的能力。”

尼克斯说,卫星将一次“永远开启”电源多年。 

●RPS 的工作原理

伯恩斯坦警告说,RPS 不应与依赖裂变反应堆的核电推进相混淆。 

“我们不是裂变反应堆。我们是放射性同位素来源,”他说。

RPS 更类似于核电池,它利用放射性同位素衰变产生的热量来发电。

“这真的是盒子里的热石头,”伯恩斯坦说。 

放射性同位素会衰变数十年并产生热量。芝诺开发了一种方法来捕获热量并使用称为热电发电机的固态设备将其转化为电能。太空中炎热的内部和寒冷的真空之间的温差会产生电能。 

伯恩斯坦说,一个鞋盒大小的小型设备可以发电数十年。 

芝诺系统的一个关键特征是它不依赖钚。

NASA 的行星任务使用由钚 238同位素作为燃料的 RPS,这种同位素供不应求且无法在市场上买到。能源部生产的钚 238 仅够支持 NASA 的关键任务。

空军过去曾使用同位素锶90作为动力源,但由于其质量大、效率低,应用受到限制。

Zeno 的 RPS 使用具有新颖设计的锶同位素,从而使热源重量更轻。伯恩斯坦说,该公司正在探索未来使用其他同位素。

Zeno 的 RPS 热源的首次演示将于今年夏天在能源部实验室进行。 

➠RPS 图。图片来源:Zeno Power Systems

●监管障碍 

在该政策变化之前,只有一个程序可以批准任何带有核动力系统的航天器的发射,无论其构成和大小如何。 

2019 年的命令建立了一个三级系统,根据船上放射性物质的数量和发生事故时某些辐射暴露水平的概率来审查携带核动力系统的有效载荷。批准过程还着眼于任务寿命结束时的离轨程序。 

属于前两层的航天器可以由其赞助机构和跨机构小组批准,只有风险最高的第三层任务需要总统授权。 

伯恩斯坦说,较低级别的任务现在可以通过美国联邦航空管理局进行,“这是第一次允许商业实体将核动力系统航天器发射到太空。” 芝诺正在将发射批准作为一级任务。

伯恩斯坦说,今年早些时候,Zeno 的有效载荷审查申请被美国联邦航空局接受审查,最早可能在 2025 年获得发射批准。 

该公司的重点是使 RPS 符合太空部队将部署的小型卫星的资格,但也设想了商业应用。 

“我们在月球太空经济中看到了机遇,”伯恩斯坦说。“现在所有前往月球表面的着陆器都将在白天运行14天,并在夜晚冻结。”

“我们正处于商业太空核时代的黎明,”他说。RPS 将提供足够的热量和电力,因此着陆器可以运行多年并“在未来实现可持续的月球经济”。

●它是如何开始的

Zeno Power 目前在西雅图和华盛顿特区拥有 25 名员工。 

其他联合创始人是首席运营官 Jonathan Segal;和首席技术官 Jacob Matthews。 

三人在范德比尔特大学相识,伯恩斯坦和西格尔是本科生。Matthews 毕业于美国西点军校,攻读机械工程硕士学位,专注于太空 RPS 技术。 

“我们在 2018 年聚在一起开始追求这个目标,”伯恩斯坦说。 

Zeno 的战略合作伙伴关系副总裁 Tim Frazier 之前负责能源部的 RPS 计划,并帮助建立了 NASA 的卡西尼号和新视野号任务。 

该公司的另一位高管 Lindsey Boles 是 TerraPower 的前工程总监,TerraPower 是一家由科技亿万富翁比尔盖茨创立的核反应堆设计和开发公司。

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