深空探测中的钚-238同位素电源罗洪义，牛厂磊，吴胜娜，李 鑫，唐 显，罗志福（中国原子能科学研究院 同位素所，北京 102413）摘 要： 钚-238同位素电源（钚-238 RTG）能够在恶劣环境下长时间自持运行，供电的同时还能提供热能，是深空探测任务的理想能源。首先对温差型钚-238 RTG发电原理和基本结构进行了阐述，介绍了国内外钚-238 RTG应用历史和发展趋势，进而梳理出了钚-238 RTG研制关PG电子官方网键技术，然后结合国外钚-238 RTG研制技术状况及未来深空探测需求，对上述关键技术进行了分析和讨论，从而可为我国钚-238 RTG技术发展及其工程应用提供参考。关键词：钚-238 RTG；钚-238 RHU；温差型...

　　深空探测中的钚-238同位素电源罗洪义，牛厂磊，吴胜娜，李 鑫，唐 显，罗志福（中国原子能科学研究院 同位素所，北京 102413）摘 要： 钚-238同位素电源（钚-238 RTG）能够在恶劣环境下长时间自持运行，供电的同时还能提供热能，是深空探测任务的理想能源。首先对温差型钚-238 RTG发电原理和基本结构进行了阐述，介绍了国内外钚-238 RTG应用历史和发展趋势，进而梳理出了钚-238 RTG研制关键技术，然后结合国外钚-238 RTG研制技术状况及未来深空探测需求，对上述关键技术进行了分析和讨论，从而可为我国钚-238 RTG技术发展及其工程应用提供参考。关键词：钚-238 RTG；钚-238 RHU；温差型转换；安全性；可靠性中图分类号：V41 文献标识码：A 文章编号：2095-7777（2020）01-0061-12DOI:10.15982/j.issn.2095-7777.2020.引用格式：罗洪义，牛厂磊，吴胜娜，等. 深空探测中的钚-238同位素电源[J]. 深空探测学报，2020，7（1）：61-72.Reference format: LUO H Y，NIU C L，WU S N，et al. The Plutonium-238 radioisotope thermoelectricgenerator in the deep space exploration[J]. Journal of Deep Space Exploration，2020，7（1）：61-72.引言自20世纪中期以来，由于航天技术的起步和发展开阔了人类的视野，人类开始逐步探索太空，但是航天技术的进步离不开空间能源的使用。目前航天领域采用的空间能源主要包括化学能、太阳能和核能源，在远日、背日等深空探测任务中，太阳光照强度、空间强辐射环境、极端环境温度等因素限制了太阳能和化学能源的使用，而核能源具有不依赖太阳、能量自主产生、能量密度高、环境适应性强、免维护等显著优势，是深空探测任务的理想能源。空间核能源包括核反应堆能源和放射性同位素能源，对于数百瓦及以下电能需求的深空探测任务而言，采用放射性同位素电源最为合适，其中钚-238同位素电源以合适的半衰期（87.7年）、较高的比热功率（0.56 W/g）及无需厚重辐射屏蔽（衰变）等特性，成为远日、背日等深空探测任务中数百瓦及以下电能供应的首要甚至唯一选择。钚-238同位素电源是利用各种能量转换方式将钚-238同位素衰变产生的热能转换成电能的电源装置，其中温差型钚-238同位素电源技术最为成熟，迄今为止美国共发射了26艘载有47个温差型钚-238同位素电源的航天器，输出电功率为2.7 ~300 W，转换效率最高达到6.7%，功率密度达到了5.36 W/kg[1] 。俄罗斯在1996年发射的“火星-96”（Mars-96）探测器中使用了4个钚-238同位素电源，由于火箭发射失败导致同位素电源坠入太平洋。我国在空间任务中使用钚-238同位素能源始于“嫦娥3号”，使用了从俄罗斯引进的钚-238同位素热源（Radioisotope Heat Unit，RHU），简称钚-238 RHU，为探测器供热；国际上首次实现在月背着陆和巡视勘察的“嫦娥4号”使用了中俄合作研制的钚-238同位素热源和同位素电源，帮助探测器安全渡过月夜并成功唤醒。基于人类探索宇宙奥秘的迫切愿望以及世界各国对空间战略地位的重视，钚-238同位素能源将迎来更广阔的发展机遇和更广泛的空间应用，但也给钚-238同位素能源自身性能提出了更高要求。温差型钚-238同位素电源（Radioisotope Thermoelectric Generator，RTG），简称钚-238 RTG，主要由钚-238同位素热源源 、温差电换能器和外壳（包括散热器）以及相应固支结构组成，其中RHU通过放射性钚-238衰变产生热量，温差电换能器则将热能转换电能。本文基于钚-238同位素电源发电原理，通过对结构部件及其功能进行分析，梳理出钚-238同位素电源研制关键技术，并结合国内外发展现状及趋势对研制关键技术进行分析和讨论，以期为钚-238同位素电源技术发展及其在深空探测中的更广泛应用提供参考和借鉴。第 7 卷 第 1 期 深 空 探 测 学 报 Vol. 7 No. 12020 年 2 月 Journal of Deep Space Exploration February 2020 收稿日期：2019-11-19 修回日期：2019-12-13