另一个“地球”离我们如此遥远！目前，人类的大部分航天器可靠太阳能板提供动力，但在一些长期、复杂的太空探索任务中，如火星探测器“好奇者”号，以及刚飞越了冥王星的“新视野”号，则需使用放射源提取物才能提供足够的能源。 然而，这种能源极度短缺，飞行器存在随时“当机”的风险。
NASA目前使用的是放射性同位素热电发生器（RTG），是将在核*器武**副产品中提取的材料，与拥有200年历史的温差产生电能技术，所形成的完美结合。RTG于1969年开始被应用于NASA的航天任务。
工作原理
RTG利用了钚-238氧化物放射性衰变所产生的热能。钚-238是从更重、更易裂变的*器武**级同位素钚-239浓缩过程的副产品中提取的，这种更轻的同位素产生的伽马射线非常微弱，这意味着不需要在航天器上安装复杂的屏蔽系统。
钚
天然存在于自然界中的质量最重的元素，其同位素钚-238的半衰期为88年，并放出α粒子。它是放射性同位素热电机的热量来源，常用于驱动太空船。1940年，格伦·西奥多·西博格和埃德温·麦克米伦首度在柏克莱加州大学实验室，以氘撞击铀-238而合成钚元素。麦克米伦将这个新元素取名Pluto（意为冥王星），西博格便开玩笑提议定其元素符号为Pu（音类似英语中表嫌恶时的口语“pew”）。科学家随后在自然界中发现了微量的钚。二次大战时曼哈顿计划则首度将制造微量钚元素列为主要任务之一，曼哈顿计划后来成功研制出第一个原*弹子**。
钚-238的半衰期约为88年，88年后，初始质量大约还剩下一半，然后以此类推。由于塞贝克效应，衰变所产生的热能通过热电偶和（或热偶合）转换为电能。该理论有德国物理学家托马斯·约翰·塞贝克（Thomas Johann Seebeck）于1821年首次提出，虽然当时他并不完全了解自己所观察到的：两种不同电导体或半导体由于温差会导致电压差。
艺术家所描绘的“新视野”号飞越冥王星的瞬间
在“新视野”号、以及之前太空任务所使用的RTG动力装置中，发射时的热接触面平均温度为1,308开尔文（1,894华氏度），冷接触面平均温度为566开尔文（559华氏度）。
最高温度随着燃料的消耗及时间的推移逐渐变低，电能输出也相应逐渐减少，但在太空中飞行多年后，残存的电力还是足够支持各种科学仪器、计算机和远距离通讯设备。
核原料储备减少
美国能源部曾在南卡罗来纳州的萨凡纳河工厂制造钚-238，但在20世纪80年代末停止制造*器武**级钚。联邦政府通过从俄罗斯购买钚来补充库存。但由于俄罗斯于2009年实施禁运，导致现在基本已经没有可用原料。（俄罗斯和欧洲宇航局都不适用RTG系统）
美国估计还存有37千克的钚-238，NASA的行星科学部门主管吉姆·格林（Jim Green）透露只有约17千克的钚-238可用于RTG。分析这些数据，由于“新视野”号携带了11千克，所以“好奇者”号携带量应该不足4.8千克，但“好奇者”号还装备了锂电池，RTG会在非活跃期为其充电，足够为这台火星探测器的日间飞行和实验提供能源。
NASA正资助美国能源部进行生产流程改进，该项目涉及三个国家实验室：洛斯阿莫斯（Los Alamos）国家实验室、橡树岭（Oak Ridge）国家实验室、爱达荷（Idaho）国家实验室。到2021年，该项目计划每年生产1.5千克钚-238氧化物。
由于供给短缺，以及现有RTG过低的效率（只能将6%的热能转换为电能），NASA的下一个对欧罗巴（木卫二）的探索计划可能会使用太阳能动力。
RTG模拟器及运输装置
直到最近，在如此远距离使用太阳能还被认为并不可行，但地面技术的改良可能打破这一局面。
欧洲航天局也有类似使用太阳能的木星探索计划：木卫探索者（JUpiter ICy moons Explorer, JUICE），将于2022年发射。
各方正在作出努力来改进热偶和效应，包括新材料的使用，或彻底重新设计RTG系统。对“好奇者”号的一次短期技术升级可以将电能转换率提高到8%，使得在等量燃料下，能量产出提高了三分之一，但长期项目着眼于将电能转换率提升至15%。
可选方案
还有一个为航天器提供动力的方法是先进斯特林放射性同位素发生器（Advanced Stirling Radioisotope Generator, ASRG），但已被搁置多年，其原理同样也是有200多年历史的塞贝克效应，通过热差驱动活塞产生电流，与热偶合相同，但运用了一些机械部件。这一设计中的活塞由氦气进行隔离以避免物理磨损。
ASRG比现在使用的RTG效率高出约4倍，电能转换率约为26%。这会大大缓解目前钚-238存量不足的情况，而且这并不是纸上谈兵：实验室中的ASRG原型机已连续正常运行了十年之久。唯一的问题就是ASRG的研发经费在2013年被削减。NASA的行星科学主管格林急切地希望能重启这项研究。
结语：
太阳能将在未来的行星探测任务中扮演更重要的角色，但完全依靠太阳能板的飞行器所能到达的范围有限，而且如果仅靠太阳能给科学仪器供电也是不可行、不经济的。
RTG能够使飞行器抵达土星或更远的地方、探索月球环形山以及水星暗面，同时也使如“旅行者”这种有野心的、昂贵的太空探索计划成为现实。
下一个冥王星探测器也将装载钚燃料。
现在的问题是：是否有足够的钚？以及如何更有效的使用钚燃料？
此文由MIT Technology Review 中国大陆地区独家授权，更多精彩内容请搜索官方微信“mit-tr”，同我们一道关注即将商业化的技术创新，分享即将资本化的技术创业。