在沒有太陽能的月夜，玉兔二號是怎樣熬過零下180度低溫的？

眾所周知，沒有太陽光照，或者太陽的光照很微弱，航天設備都無法從太陽能電池板獲得足夠的能量。

在普通氣溫環境下，設備沒能量大不了不工作，但對於在月球背面工作的玉兔二號來說，情況則完全不同。

每當黑暗的月夜來臨，月球背面的溫度可能會下降至零下180度。

在這麼低的溫度環境中，玉兔二號很多零件會損壞，所以必須得想辦法為其保暖。

科學家想到的辦法就是利用同位素溫差電池為玉兔二號供電取暖。

同位素溫差電池簡稱RTG。

RTG最早成功的案例是安裝在探索外太陽系的「旅行者號」上。

旅行者號

旅行者號為什麼需要RTG？

在飛往外太陽系的過程中，離太陽越來越遠，也意味著太陽的光照越來越微弱。

太陽能電池板提供的能量也越來越小。

必然需要類似RTG這種，不依賴太陽光，可以長久且穩定提供電能的能量源。

RTG的原理是什麼？

RTG同位素溫差電池，顧名思義，這裡提到了兩個關鍵詞。

一個是同位素，一個是溫差。

這兩個詞概括了RTG的原理。

在自然界中，同位素指的是某種元素因為中子數不同而衍生出的不同元素。

有不穩定的同位素，也有穩定的同位素。

同位素溫差發電器中的「同位素」，實際指的是一種不穩定的同位素，即放射性同位素。

它的原子核會隨著時間推移而最終轉化為另一種穩定的同位素的原子核。

這個過程也稱為放射性同位素的衰變，衰變的時間比較穩定，有規律可循。

有一種測量巖石年齡的同位素測年法，就是利用了放射性同位素的這種衰變規律，來估算巖石成形的時間。

不過，放射性同位素更重要的特性，是發生衰變時，會釋放出大量熱量。

充分利用放射性同位素衰變釋放的熱能，是合理利用核能的一種方式。不過與原子彈的核裂變相比，放射性同位素衰變會溫和很多，安全性也更高。

當然，僅僅有同位素產生的熱量還是不夠的，還需要將其轉為電能。

在RTG中，採用了一種特殊的半導體材料，將同位素核燃料包裹起來。

這種半導體材料也被稱為「熱電偶」，它有個很神奇的特性。

即如果兩個面的溫度不同時，溫差會在熱電偶中產生電能。

當RTG的同位素核燃料不斷衰變，產生的溫度與外界的溫度存在差別，包裹燃料的熱電偶就會源源不斷地產生穩定的電能。

玉兔二號正是憑藉同位素溫差電池，在月夜獲得不低於2.5W的電能，從而支撐一些保暖設備的運轉。

不過，如果想長久獲得穩定電能，對於核燃料的選材也是有一些要求。

首先，衰變速度不能太快。否則核燃料一下全部衰變完，太空飛行器剛飛出去就沒電了，那顯然不合適。

其次，每一個單位的核燃料，應該儘可能提供更多的能量。

這點很好理解。現代航天的瓶頸主要在於火箭的運載能力，在運力有限的情況下，燃料的效率越高越好。

經研究發現，有一種鈽-238的核燃料，衰變時非常符合以上要求。因此，最終鈽-238成為使用最多的的同位素溫差發電機的核燃料。

同位素溫差電池，現在較多地用在深空探測器上。

1977年發射的旅行者號，因為安裝了同位素電池，到現在仍然在工作，據估計，旅行者號剩餘的核燃料，還可以繼續支撐旅行者號工作到2020末~2030年。

需要強調的是，中國玉兔二號所採用的同位素電池，完全是中國自己獨立研發的。

雖然運用該電池的時間比美國晚了很多年，但近幾年中國航天的發展速度還是有目共睹的。

天問一號

近日，長徵5號大推力火箭又成功發射了天問一號火星探測器，相信在火星一號上，同樣也會有同位素溫差電池的身影，陪伴天問一號度過漫長的火星旅行。