美國旅行者號使用核電池續航至今,嫦娥五號為何不使用?
1977年,美國發射"旅行者1號"及"旅行者2號"空間探測器,目的是探測外層星系空間,至今已過去了40幾年,旅行者號仍在繼續工作。核電池是旅行者號工作至今的重要原因之一,且預計將續航到2025年。
核電池續航能力如此強大,為何我國嫦娥五號卻沒有使用呢?
首先我們來了解一下核電池。放射性元素衰變後會釋放出具有熱能的射線,而核電池就是利用半導體換能器將熱能轉變為電能製造而成的,因而它也叫"放射性同位素電池"。其外形和普通乾電池差別不大,但內部裝有放射性同位素源及熱離子或熱電偶式轉換器。
一般核電池可分為低電壓型和高電壓型兩類。低電壓型主要用於醫學領域,這種核電池體積非常小,主要用於驅動心臟起搏器,可使其持續工作10年以上,目前全世界有成千上萬的心臟病人植入了核電池驅動的心臟起搏器,讓他們減少了再次開胸更換電池的痛苦。
而高電壓型則用於航天工業領域。一般人造衛星通過太陽能發電,但在月球上一個月裡有半個月都是黑夜,這使得太陽能電池無法正常工作;另一方面,人類探索的星系空間離太陽越來越遠,太陽光照逐漸變弱,導致太陽能電池沒有足夠的續航能源。
此時便凸顯出了核電池的優勢,它不受溫度、化學反應、壓力、磁場等外界環境影響,可持續不斷的釋放能量,工作時間長,可保證人造衛星或航天探測器持續工作。核電池的出現給人類探索外太空提供了能量基礎,這也是"旅行者號"探測器工作40幾年的動力支撐。
我國首次使用核電池是在嫦娥三號的著陸器及月球車上,當月球黑夜來臨,溫度驟降至-150到-180度,為了保證月球車上的設備不被凍壞,月球車在夜晚進入休眠期並利用核電池產生的熱量保溫,白天到來後又更換成太陽能電池。
而我國的嫦娥五號探月任務全都是在白天完成,因此並不需要核電池。雖然核電池擁有眾多的優勢,但它也有不可避免的缺點。前面提到核電池利用的放射性元素衰變帶來的熱能,而放射性元素一般都會產生輻射汙染,如果沒有進行妥善防護,將會帶來巨大威脅。
歷史上就曾出現過意外,1964年,美國的一枚衛星運載火箭失靈,導致上面的核電池爆炸,其中的放射性物質散落在全球,引發人們廣泛關注;1968年時美國的天氣衛星脫離軌道,掉落太平洋,後來經過多番尋找,才將裡面的核電池完整取出。
除此之外,目前核電池中的主要放射性元素鈽-238,並不能在大自然中找到,只能進行人工製取,這導致核電池使用成本極其高昂,且嫦娥五號使用太陽能電池就足夠,因此並不需要核電池。
核電池給人類探索外太空提供了能量支持,而我們目前還需要思考的,是如何解決核電池的成本以及安全問題。