正在开发的新电池意味着我们可能能够在金星上度过一天
Venera-13 太空探测器拍摄的第一张金星表面彩色照片。该探测器只持续了 127 分钟,就在金星的极端环境中屈服了。 (美国宇航局)
发送着陆器至提出了几个巨大的工程问题。当然,我们会在令人紧张的进入、下降和着陆过程中得到休息,因为金星的大气层非常厚重,着陆器会像石头沉入水中一样轻轻沉降到表面——不需要空中起重机或逆向火箭。
但其余的努力充满了挑战。表面的平均温度为 455 摄氏度(850 华氏度),热度足以熔化铅。大气中的化学混合物(例如硫酸)对大多数金属都有腐蚀性。而破碎大气压大致相当于在水下 1,500 米(5,000 英尺)。
这些极端的环境条件是金属和电子产品死亡的地方。因此,少数几个已经到达表面的金星着陆器任务——比如 苏联金星任务– 只持续了两个小时或更短的时间。任何未来的着陆器或漫游车都需要具有近乎超级英雄的特征,才能在地球邪恶双胞胎的表面上生存。
但还有一个可能即将解决的额外挑战:制造能够在金星地狱般的条件下运行足够长时间的电池,使着陆器任务值得付出努力。
NASA 正在与一家名为 Advanced Thermal Batteries, Inc (ATB) 的公司合作,共同制造了第一款电池,该电池已证明能够在整个金星太阳日(大约 120 个地球日)在金星温度下运行。
该电池基于用于为智能导弹提供动力的短寿命热电池系统。该电池包含 17 个单独的电池,并使用专门设计的化学和结构材料。
虽然电池仍在开发中,但工程师们感到鼓舞的是,进行的测试表明这些类型的电池能够在金星等恶劣环境中运行。
此外,这种先进的电池技术可以为未来在整个太阳系恶劣环境中的探索提供一种新的能量存储设备。
ATB 项目工程师 Kevin Wepasnick 博士在一份报告中表示:“最近的电池技术演示具有改进的架构和低自放电电化学,是许多人可能认为不可能的巨大成就。” 美国宇航局新闻稿。
电池似乎是为金星着陆器供电的唯一解决方案。由于表面光照水平与地球上的阴天相当,太阳能电池板不可行,并且当前的太阳能电池板设计无法承受高表面压力。放射性同位素热电发电机(RTG)需要将热源带到金星表面,由于热管理已经是一项重大任务挑战,因此这种方法不是一个好的选择。
但在金星上,热电池可以利用周围的大气条件来加热在标准室温下呈固态且惰性的特殊高温电解质。此外,它们无需烟火或隔热即可保持运行。
美国宇航局表示,这种新的电池方法已经证明可以在前所未有的时间内高温运行,并为电池技术和金星着陆器的新范例奠定了基础。
新型热电池的研究是美国宇航局格伦研究中心正在进行的开发小型金星着陆器(称为“ 长寿命原位太阳系探测器 (LLISSE)。
该计划采用高温系统的最新进展和新颖的操作概念,允许在金星表面运行 60 天或更长时间,同时着陆器收集科学数据并将其传输到金星轨道飞行器。
LLISSE 预计重约 10 公斤(22 磅),并携带一套小型传感器来测量风、辐射、温度、压力和关键大气化学成分的丰度。 LLISSE 将是一个包含电子、通信和仪器的完整系统,所有这些都需要电池才能运行。
ATB 表示,他们预计完整的 Venus 电池系统原型将在未来 18 个月内展示。