按关键词阅读：
文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
太空探测器是人类揭开宇宙神秘面纱最有效的工具 ， 探测器上会携带很多精密仪器 ， 对探测对象开展科学研究 ， 那你是否思考过 ， 这些仪器到底是如何工作的？
对于地球上的精密仪器而言 ， 必须通电才能够工作 ， 同样 ， 就算是这些精密仪器被搬到太空 ， 依然离不开电能 。
最早 ， 航天的太空探测器都是采用太阳能提供能量 ， 免费还相对好用的东西不用白不用 。
不过 ， 免费的东西还是有弊端 ， 一旦探测器进入星球的背面 ， 就彻底没有了能源 ， 整个设备不仅无法工作 ， 而且太空低达-270℃的温度 ， 低温状态下 ， 这些仪器会损坏 。
纵观世界范围内 ， 能在太空中利用的能源中 ， 目前只有核电池是寿命最长 ， 稳定性最好的 。
小发电站
其实 ， 核电池用到探测器上已经不是什么新闻了 ， 早在几十年前 ， 美俄冷战时期就有大量航天器使用核电池 。
其实 ， 核电池并不是严格意义上的电池 ， 它的全称是放射性同位素热电发生器 ， 简称RTG 。
核电池的原理并不难 ， 跟核发电站有异曲同工之妙 ， 它利用了放射性元素衰变过程中产生的热能 ， 热能推动发电设备工作 ， 产生电能 ，
航天器上采用的核电池一般是放射性元素钚-238 。
钚的威力比铀还要大 ， 钚和铀都是原子弹的材料 ， 当年 ， 美国在日本广岛用的是铀原子弹 ， 在长崎用的是钚原子弹 。
不过核电池用的钚和原子弹不同 ， 原子弹的钚是钚-239（239Pu） ， 而大部分RTG则使用钚的另一种同位素钚-238（238Pu） ， 它比前者的原子核中少一个中子 。
少了这颗中子非常重要 ， 钚-238不会爆炸 。
顺便说一句 ， 1940年末 ， 美国科学家麦克米伦用60英寸回旋加速器加速的氘核 ， 在轰击铀时发现钚238 ， 次年发现了钚-239 ， 四年过后 ， 就用钚-239就毁灭了长崎市 。
真正将钚-238用到太空探测器是在美阿波罗计划 。
钚-238衰变
一般来说 ， 放射性元素衰变包括阿尔法衰变、贝塔衰变和伽马衰变 ， 不过 ， 衰变没有聚变那么厉害 。
钚-238衰变过程中 ， 仅会释放一个氦-4原子核（α粒子） ， 当然这一过程属于α衰变 。
每克钚-238在衰变的过程中 ， 自发产生的热量可以产生0.568W的电能 。
核电池有多贵
由于钚-238是在高速器中人工合成的 ， 这个合成的过程 ， 成本极高 ， 就目前来看 ， 美俄有能力大规模生产 。
所以 ， 核电池的热电转换效率非常重要 ， 比如美好奇号毅力号核电池效率达到6.3% ， 在核电池领域算是效率很高的 ， 如果转换率低化 ， 意味着需要更多钚-238 ， 成本会更高 。
那一个核电池组件究竟有多贵呢？
▲毅力号漫游车（圆圈为核电池）
美毅力号探测器
美国当地时间2月18日下午 ， 美国毅力号火星探测器成功登陆火星 ， 成为美国第五个成功登陆火星的探测器 ， 毅力号此行有一个重要目的 ， 采集火星样本 ， 试图找到有生命存在的证据 。
美国火星探测器毅力号 ， 毅力号中有一个火星漫游车 ， 重量达到1.03吨 ， 长度接近3米 ， 整个尺寸与小汽车差不多 ， 它采用了RTG核电池 ， 整个电池用了4.8公斤钚氧化物 ， 总重量达到了45公斤 ， 功率仅为110W ， 设计寿命14年 ， 造价达到了7000万美元 。分页标题#e#
一个核电池的价格比俄罗斯最贵战机米格35还要贵 ， 确实是太贵了 。
天问一号没有核电池晚上怎么办？
上一节说的美国毅力号是在今年7月30日发射 ， 而我国的天问一号是在7月23日发射的 ， 它们共同的目的都是火星 。
那么问题来了 ， 美毅力号漫游车可是携带了核电池 ， 我国天问一号仅携带了太阳能电池板 ， 而火星表面 ， 晚上温度为零下70度 ， 天问一号保温成了一个比较大的问题 ， 它晚上该如何过夜呢？
我国航天人另辟蹊径 ， 采用了相变保温系统 ， 以正十一烷为工质 ， 白天温度高时 ， 正十一烷吸热变成液态存储能量 ， 到晚上 ， 正十一烷由液体凝固为固体释放热量 ， 给机器设备保温 。
▲正十一烷相变保温系统的集热窗 ， 位于火星车背部
不过 ， 按照探测器发展规律来看 ， 我国探测器还是循序渐进 ， 毕竟航天大国美国 ， 也是慢慢才引进核电池 。
核电池寿命
放射性元素寿命到底有多大 ， 真的像有些人所说的无限寿命吗？
目前而言 ， 就航天器上的核电池来看 ， 别说无限寿命了 ， 能够达到100年就不错了 。
核电池的寿命是由其放射元素决定 ， 一般太空探测区都采用钚-238 ， 而钚-238的半衰期是87.7年 ， 当87.7年过后 ， 核电池中钚-238一半数量衰变成钚-234 ， 这也就意味着发电的钚-238减少了一半 ， 能量同样也会减半 。
也就是说 ， 核电池的使用寿命是87.7年 ， 这个时间用在太空探测器刚刚好 ， 执行任务的时间足够了 。
航天技术可否民用
经常看到新闻报道 ， 很多高精尖的航天技术 ， 转移到民用方面 。
毅力号火星漫游车 ， 长有3米 ， 重量达到1.03吨 ， 与现在路上跑的汽车尺寸和重量差不多 ， 如果将这个技术民用 ， 基本达到永动机级别了 ， 不需要充电和加油 ， 可行吗？
先来看下 ， 1957年美国福特公司曾经做过第一款核动力汽车 ， 当时就做了一个外壳 ， 拍了概念照片 ， 一直没落地 。
距离福特公司的核电池概念汽车已经过去60多年了 ， 那现在技术是不是更进一步？我们来进行一个简单的推理 。
驱动一台汽车正常运行约需要50Kw以上 ， 这个功率是毅力号电池450倍 ， 仅电池重量就要2160公斤 ， 造价更是达到315亿美元 ， 这还是抛开辐射问题的情况 。
因此 ， 就目前来看 ， 核动力电池依然是不可行的 。
写在最后
考虑到核电池的种种因素 ， 航天技术要用到民用上 ， 还有很长时间的路要走 。
【毅力号|美毅力号的核电池价比黄金，真的能用万年吗？天问一号小钱办大事】
来源：(趣聊科学)
【】网址：/a/2021/0219/kd721788.html
标题：毅力号|美毅力号的核电池价比黄金，真的能用万年吗？天问一号小钱办大事
