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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，標志著我國首次火星探測任務取得圓滿成功。 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]。 什么是空間核反應堆？ 空間核反應堆是一種可以將核反應堆產(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)和反應堆控制系統(tǒng)組成。反應堆本體將反應堆核燃料產(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、深海、極地、荒漠以及無人氣象站和微波站等領域也有諸多應用[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、氣象等領域應用的核電池，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 對航天領域，飛船的質(zhì)量減輕能減少發(fā)射、任務執(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？正如火星探測任務工程總設計師張榮橋所說：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)應用及發(fā)展趨勢》 編輯：李光宇 審核：林子吟 猜您喜歡 |
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