太空探測(cè)器是人類揭開宇宙神秘面紗最有效的工具，探測(cè)器上會(huì)攜帶很多精密儀器，對(duì)探測(cè)對(duì)象開展科學(xué)研究，那你是否思考過，這些儀器到底是如何工作的？

對(duì)于地球上的精密儀器而言，必須通電才能夠工作，同樣，就算是這些精密儀器被搬到太空，依然離不開電能。

最早，航天的太空探測(cè)器都是采用太陽能提供能量，免費(fèi)還相對(duì)好用的東西不用白不用。

不過，免費(fèi)的東西還是有弊端，一旦探測(cè)器進(jìn)入星球的背面，就徹底沒有了能源，整個(gè)設(shè)備不僅無法工作，而且太空低達(dá)-270℃的溫度，低溫狀態(tài)下，這些儀器會(huì)損壞。

縱觀世界范圍內(nèi)，能在太空中利用的能源中，目前只有核電池是壽命最長(zhǎng)，穩(wěn)定性最好的。

小發(fā)電站

其實(shí)，核電池用到探測(cè)器上已經(jīng)不是什么新聞了，早在幾十年前，美俄冷戰(zhàn)時(shí)期就有大量航天器使用核電池。

其實(shí)，核電池并不是嚴(yán)格意義上的電池，它的全稱是放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器，簡(jiǎn)稱RTG。

核電池的原理并不難，跟核發(fā)電站有異曲同工之妙，它利用了放射性元素衰變過程中產(chǎn)生的熱能，熱能推動(dòng)發(fā)電設(shè)備工作，產(chǎn)生電能，

航天器上采用的核電池一般是放射性元素钚-238。

钚的威力比鈾還要大，钚和鈾都是原子彈的材料，當(dāng)年，美國(guó)在日本廣島用的是鈾原子彈，在長(zhǎng)崎用的是钚原子彈。

不過核電池用的钚和原子彈不同，原子彈的钚是钚-239（239Pu），而大部分RTG則使用钚的另一種同位素钚-238（238Pu），它比前者的原子核中少一個(gè)中子。

少了這顆中子非常重要，钚-238不會(huì)爆炸。

順便說一句，1940年末，美國(guó)科學(xué)家麥克米倫用60英寸回旋加速器加速的氘核，在轟擊鈾時(shí)發(fā)現(xiàn)钚238，次年發(fā)現(xiàn)了钚-239，四年過后，就用钚-239就毀滅了長(zhǎng)崎市。

真正將钚-238用到太空探測(cè)器是在美阿波羅計(jì)劃。

钚-238衰變

一般來說，放射性元素衰變包括阿爾法衰變、貝塔衰變和伽馬衰變，不過，衰變沒有聚變那么厲害。

钚-238衰變過程中，僅會(huì)釋放一個(gè)氦-4原子核（α粒子），當(dāng)然這一過程屬于α衰變。

每克钚-238在衰變的過程中，自發(fā)產(chǎn)生的熱量可以產(chǎn)生0.568W的電能。

核電池有多貴

由于钚-238是在高速器中人工合成的，這個(gè)合成的過程，成本極高，就目前來看，美俄有能力大規(guī)模生產(chǎn)。

所以，核電池的熱電轉(zhuǎn)換效率非常重要，比如美好奇號(hào)毅力號(hào)核電池效率達(dá)到6.3%，在核電池領(lǐng)域算是效率很高的，如果轉(zhuǎn)換率低化，意味著需要更多钚-238，成本會(huì)更高。

那一個(gè)核電池組件究竟有多貴呢？

▲毅力號(hào)漫游車（圓圈為核電池）

美毅力號(hào)探測(cè)器

美國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間2月18日下午，美國(guó)毅力號(hào)火星探測(cè)器成功登陸火星，成為美國(guó)第五個(gè)成功登陸火星的探測(cè)器，毅力號(hào)此行有一個(gè)重要目的，采集火星樣本，試圖找到有生命存在的證據(jù)。

美國(guó)火星探測(cè)器毅力號(hào)，毅力號(hào)中有一個(gè)火星漫游車，重量達(dá)到1.03噸，長(zhǎng)度接近3米，整個(gè)尺寸與小汽車差不多，它采用了RTG核電池，整個(gè)電池用了4.8公斤钚氧化物，總重量達(dá)到了45公斤，功率僅為110W，設(shè)計(jì)壽命14年，造價(jià)達(dá)到了7000萬美元。

一個(gè)核電池的價(jià)格比俄羅斯最貴戰(zhàn)機(jī)米格35還要貴，確實(shí)是太貴了。

天問一號(hào)沒有核電池晚上怎么辦？

上一節(jié)說的美國(guó)毅力號(hào)是在今年7月30日發(fā)射，而我國(guó)的天問一號(hào)是在7月23日發(fā)射的，它們共同的目的都是火星。

那么問題來了，美毅力號(hào)漫游車可是攜帶了核電池，我國(guó)天問一號(hào)僅攜帶了太陽能電池板，而火星表面，晚上溫度為零下70度，天問一號(hào)保溫成了一個(gè)比較大的問題，它晚上該如何過夜呢？

我國(guó)航天人另辟蹊徑，采用了相變保溫系統(tǒng)，以正十一烷為工質(zhì)，白天溫度高時(shí)，正十一烷吸熱變成液態(tài)存儲(chǔ)能量，到晚上，正十一烷由液體凝固為固體釋放熱量，給機(jī)器設(shè)備保溫。

▲正十一烷相變保溫系統(tǒng)的集熱窗，位于火星車背部

不過，按照探測(cè)器發(fā)展規(guī)律來看，我國(guó)探測(cè)器還是循序漸進(jìn)，畢竟航天大國(guó)美國(guó)，也是慢慢才引進(jìn)核電池。

核電池壽命

放射性元素壽命到底有多大，真的像有些人所說的無限壽命嗎？

目前而言，就航天器上的核電池來看，別說無限壽命了，能夠達(dá)到100年就不錯(cuò)了。

核電池的壽命是由其放射元素決定，一般太空探測(cè)區(qū)都采用钚-238，而钚-238的半衰期是87.7年，當(dāng)87.7年過后，核電池中钚-238一半數(shù)量衰變成钚-234，這也就意味著發(fā)電的钚-238減少了一半，能量同樣也會(huì)減半。

也就是說，核電池的使用壽命是87.7年，這個(gè)時(shí)間用在太空探測(cè)器剛剛好，執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間足夠了。

航天技術(shù)可否民用

經(jīng)?？吹叫侣剤?bào)道，很多高精尖的航天技術(shù)，轉(zhuǎn)移到民用方面。

毅力號(hào)火星漫游車，長(zhǎng)有3米，重量達(dá)到1.03噸，與現(xiàn)在路上跑的汽車尺寸和重量差不多，如果將這個(gè)技術(shù)民用，基本達(dá)到永動(dòng)機(jī)級(jí)別了，不需要充電和加油，可行嗎？

先來看下，1957年美國(guó)福特公司曾經(jīng)做過第一款核動(dòng)力汽車，當(dāng)時(shí)就做了一個(gè)外殼，拍了概念照片，一直沒落地。

距離福特公司的核電池概念汽車已經(jīng)過去60多年了，那現(xiàn)在技術(shù)是不是更進(jìn)一步？我們來進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的推理。

驅(qū)動(dòng)一臺(tái)汽車正常運(yùn)行約需要50Kw以上，這個(gè)功率是毅力號(hào)電池450倍，僅電池重量就要2160公斤，造價(jià)更是達(dá)到315億美元，這還是拋開輻射問題的情況。

因此，就目前來看，核動(dòng)力電池依然是不可行的。

寫在最后

考慮到核電池的種種因素，航天技術(shù)要用到民用上，還有很長(zhǎng)時(shí)間的路要走。