登陸火星的“好奇號”探測器,此刻正在遙遠的紅色土地上進行探測。對“非專業(yè)航天愛好者”來說,要從外形上區(qū)分“好奇號”和它的前輩、比如“勇氣號”“機遇號”,其實遠比想象來得簡單:“好奇號”身上,那對早已被視為太空飛行器標志的“翅膀”:太陽能電池翼片消失了。收起慣常的“翅膀”,正是為了飛得更遠。而且,隨著人類不斷走向深空,航天器對核能的依賴也會越來越大。
中國在自主研發(fā)的核電池上邁出大步
月球在繞地球公轉(zhuǎn)的同時進行自轉(zhuǎn),周期27.32166日,正好是一個恒星月,所以我們看不見月球背面。這種現(xiàn)象我們稱“同步自轉(zhuǎn)”,幾乎是衛(wèi)星世界的普遍規(guī)律。由于月球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)都是28天,所以“月球夜”會長達14天(月球日即白晝也有14天)。由于月球晝夜要半個月交替一次,溫差高達300℃,那里是零下150度到180度,太冷了,月球車上的所有的儀器全部要凍壞。普通電池無法應對?,F(xiàn)在所使用的各種高級的蓄電池,什么鋰電池、氫電池,各種各樣的電池對我們來說都沒有用。長時間經(jīng)受極大溫差對我國月球探測器是個極大挑戰(zhàn)。迫使我們一定要想出新的辦法,于是我們國家自己研制了原子能的電池,歐陽自遠院士說,我國的月球車實際上在同時使用太陽能和核能作為能源。黑暗中的月面,溫度驟降到零下100多攝氏度,為防止車載儀器被凍壞,休眠中的月球車就得靠核電池的能量來保溫,并維持與地面的通訊。而一旦新一個白晝來臨,太陽能電池就能重新驅(qū)動月球車工作。
中國第一塊放射性同位素電池于1971年3月12日誕生于中科院上海原子核所,以釙210為燃料,輸出電功率為1.4瓦,熱功率35.5瓦,并進行了模擬太空應用的地面試驗。隨著我國核電站數(shù)量的增加,由乏燃料后處理提取的镎237原料的逐漸積累,為后來開發(fā)钚238電池,提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。
據(jù)歐陽自遠院士介紹,近年來,我國在自主研發(fā)的核電池上邁出了大步。我國月球車搭載的核電池,是由中國原子能科學研究院牽頭研發(fā)的。
從中國原子能科學研究院該院官方網(wǎng)站上,可以得知,從2004年開始,該院正式啟動航天用同位素電池的研發(fā);到2006年,研制出我國第一顆钚238同位素電池;2008年通過了專家組的鑒定。這顆電池的研制成功,填補了我國長期以來在該研究領(lǐng)域的空白,標志著我國在核電源系統(tǒng)研究上邁出了重要的一步。
核電池的用武之地不僅僅局限于太空。在高山、深海、南北極乃至人體中到處可以找到它的影蹤。心臟起搏器用的核電池重量僅40克,體積很小,壽命可達十年。病人免除了經(jīng)常做開胸手術(shù)的痛苦。在極地、海島、高山、沙漠、深海等條件惡劣、交通不便的地方都是RTG的大顯身手之地。自動無人氣象站、浮標和燈塔、地震觀察站、飛機導航信標、微波通訊中繼站、海底電纜中繼站等都可以使用免維護、長壽命的RTG供電。
據(jù)原子能院的官網(wǎng)文章介紹,第一顆“國產(chǎn)”同位素電池的各項指標均超過了預期要求,研制全過程安全無誤,功率為百毫瓦級。這將保證中國首次將核能用于航天器。據(jù)悉,為了保證著陸器的能源供應,嫦娥三號就是使用了這種原子能電池(RTG同位素電池)。
我國首次實用核電池將隨“嫦娥三號”軟著陸月球,并用于嫦娥三號的著陸器和月球車上。這種原子能電池可以連續(xù)工作30年。有了它,再不怕月球晚上溫度驟降到零下150度到180度。完全可以確保探測器上儀器不至于被凍壞。為防止車載儀器被凍壞,夜間休眠中的月球車可以靠核電池放出來的熱量保溫。而一旦新一個白晝來臨,太陽能電池就能替代核電池,重新驅(qū)動月球車工作。
對嫦娥三號來說,核電池中的钚金屬塊238它相當于一個熱源。這一熱源對將在月球環(huán)境下生存的嫦娥三號的保溫作用是至關(guān)重要的。其釋放出的熱量及經(jīng)過溫差熱電轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換形成的電流,充分滿足了嫦娥三號的能量需求。它的能力雖不足以讓火箭升空,卻可以用于小規(guī)模供電,支持嫦娥三號所帶月球車低速移動;支持嫦娥三號所帶設(shè)備正常工作;支持嫦娥三號與地球之間的通訊。
嫦娥三號比起好奇號,并不遜色
嫦娥三號比起好奇號,并不遜色!主要是從下面幾點比較:
第一、嫦娥三號與好奇號都采用的核動力,雖然不知道好奇號是直接采用核動力轉(zhuǎn)變成動能還是怎么的,但嫦娥三號采用的核動力電池,是目前核動力小型化的最高的成果。對比好奇號絕對不會遜色,而且嫦娥三號比好奇號體積小,動力裝置可能也會更小。核能裝置的對比無非就是看小型化程度。