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核電池在航天器上的運用 2021年6月11日國家航天局舉行天問一號探測器著陸火星首批科學(xué)影像圖揭幕儀式，公布了由“祝融號”火星車拍攝的著陸點全景、火星地形地貌、“中國印跡”和“著巡合影”等影像圖，標(biāo)志著我國首次火星探測任務(wù)取得圓滿成功。 中國航天經(jīng)歷的高光時刻，細心的你有沒有注意到一個細節(jié)，美國好奇號火星車沒有“小翅膀”，而中國的祝融號火星車卻有。主要是這兩個火星車提供動力的方式不同，好奇號采用的核電池，而祝融號采用的是太陽能板。  美國好奇號火星車  中國祝融號火星車 太陽能板想必大家比較熟悉了，今天小E就和大家介紹一下核電池吧！航天用的核電池全名叫空間核電源，分為兩種，一種是用空間核反應(yīng)堆來發(fā)電，另一種是用放射性物質(zhì)的輻射來發(fā)電也叫同位素電池[1]。 什么是空間核反應(yīng)堆？ 空間核反應(yīng)堆是一種可以將核反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換為電能供航天器使用的裝置，它主要由反應(yīng)堆本體、輻射屏蔽裝置、熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、廢熱排放系統(tǒng)和反應(yīng)堆控制系統(tǒng)組成。反應(yīng)堆本體將反應(yīng)堆核燃料產(chǎn)生的熱能通過一回路傳輸?shù)綗犭娹D(zhuǎn)換系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成電能，并將電能直接輸送到航天器的負載，核反應(yīng)堆能夠比同等功率的太陽能電池板具有更低的發(fā)射質(zhì)量。  什么是放射性同位素核電池？ 放射性同位素核電池是利用核衰變來產(chǎn)生電能，種類也很多，有利用衰變熱量的熱電式，也有用輻射照射半導(dǎo)體直接產(chǎn)生電流等[2]，但最常見的還是熱電式，典型的就是钚238核電池，钚238是一種非常理想的核電池材料，它在自然界中并不存在，得靠人工制取，雖然放射性很強，但僅釋放出α射線，用一張紙就能擋住，甚至無法穿透皮膚，當(dāng)钚238衰變產(chǎn)生的熱量作為熱源，配上熱電轉(zhuǎn)換器件就構(gòu)成了核電池，壽命可達幾十年。  核電池的發(fā)展趨勢 核電池不僅僅用于航天，在醫(yī)學(xué)、深海、極地、荒漠以及無人氣象站和微波站等領(lǐng)域也有諸多應(yīng)用[3]，核電池的總體技術(shù)發(fā)展趨勢如下： 安全可靠 01 核電池所用放射源大多數(shù)具有一定的危險性或毒性，容易造成環(huán)境放射性污染，需要特殊的屏蔽措施。但增加了電池的重量、體積和成本，同時也不便于攜帶。因此，人們越來越傾向于利用便于防護的純β放射源制做同位素電池、采用屏蔽效果更好的合金等。 壽命更長 02 目前在深空航空、航海、氣象等領(lǐng)域應(yīng)用的核電池，已經(jīng)在壽命上表現(xiàn)出較為顯著的優(yōu)勢。在未來，隨著能量轉(zhuǎn)換效率的提高，其壽命必將更長，在深空的探測器壽命將達到15年以上。 質(zhì)量更輕 03 對航天領(lǐng)域，飛船的質(zhì)量減輕能減少發(fā)射、任務(wù)執(zhí)行時的能源消耗。對核電池的“瘦身”能有效地減小飛船質(zhì)量，也能減少電池本身的負載。 成本降低 04 目前，核電池的單位電能生產(chǎn)成本比傳統(tǒng)電池高，其中一個重要的原因是同位素價格較高。但隨著更多的核反應(yīng)堆的投入運行，人工放射性同位素的生產(chǎn)成本會大大下降。 最后小E想問一下讀者們，核電池具有體積小，使用壽命長等特點，為什么中國的祝融號火星車沒有采用呢？正如火星探測任務(wù)工程總設(shè)計師張榮橋所說：如果為天問一號著陸器、祝融號巡視器配核電池，首先經(jīng)費要大幅度地增加；第二研制進度很難匹配。使用太陽能技術(shù)也并非是墨守成規(guī)，是為了更好地進行科學(xué)研究，相信在未來行星探測工程中，我們一定會使用上帶有核電池的航天器！ 參考資料： [1]《中國航天器核電池技術(shù)與美國技術(shù)相差還有多遠》 [2]《中國的航天器為什么沒有自己的核電池？》 [3]《核電池技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展趨勢》 編輯：李光宇 審核：林子吟 猜您喜歡 輻導(dǎo)員 | 福島事故流入海洋的放射性物質(zhì)有多少？ |
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