美國毅力號將攜帶核電池前往火星,中國天問一號為什麼不用?

2020-11-21 科技圖說

中國的火星車為什麼不像「毅力號」一樣，採用核電池？主要有兩方面的原因：

初探火星，暫無必要

旅行者號

核電池主要的應用場景是深空探測，比如美國70年代發射的旅行者號。

在遠離太陽的深空環境中，探測器能獲得的太陽光照強度十分有限，依靠太陽能板發電不太可能。

核電源就成為必然的選擇。

核電池不受極冷極熱的溫度影響，不被宇宙射線幹擾，在環境惡劣的太空中，是目前最理想的能量源。

迄今為止出現的各種深空探測器中，使用比較廣泛的就是鈽-238同位素溫差電池。

這種電池的基本原理，是利用鈽-238這種核燃料發生衰變時釋放的熱能。

通常會在鈽-238外層裹上熱電偶。

熱電偶的特性就是只要內外兩面存在溫度差，就會產生電能。

美國毅力號攜帶的同位素溫差電池

同位素溫差電池工作時，核心的鈽-238不停地發生衰變，鈽金屬會呈現出類似蜂窩煤一樣的熾熱紅色，表面溫度可達到近600度。

此時，包裹的熱電偶內側是具有高溫的鈽-238金屬塊，內外溫差實現了熱電轉換。

當然，這裡只是簡單介紹原理，實際實現技術非常複雜。

鈽-238產地主要在俄羅斯，價格不菲，導致同位素電池的性價比，不如太陽能電池高。

因此，在近地軌道的太空飛行器中，主要還是使用太陽能電板為主。

有心的網友可能了解，中國玉兔二號月球車上，也安裝了同位素電池。

這其中有一個特殊情況。

因為月球自傳一周達到了28天，相當於一半的時間，即14天左右，玉兔二號將處於黑暗中，此時月表溫度最低可達零下180度。

在這麼長時間的低溫環境下，如果不採用核能，玉兔的車載儀器將會被凍壞。

玉兔二號必須使用同位素電池與太陽能電池相切換的模式。即月晝時，使用太陽能電板供電，月夜時玉兔進入休眠。

同位素溫差電池開始工作，為玉兔提供保溫功能，以及維持與地球的基本通訊。

那麼此次天問一號訪問火星，為什麼沒有採用同位素電池？

因為火星的晝夜時長與地球差別不太大，而且晚上低溫會比月球上好一些。

短時間的低溫對探測器影響不會太大。

而且，此次天問一號是中國首次探測火星，預期的工作時間不長，沒有必要使用性價比更低的同位素電池。

技術原因

到目前為止，中國也只是研製出小功率的鈽-238同位素電池。

雖然是一種突破，但大功率同位素電池相關技術還有待提高，尤其是核燃料的能量轉化率。

前面提到了，鈽-238的價格不菲，如果核燃料利用率提升不上去。

無論是發射的載荷還是成本，都會大幅度提高，影響整個發射。

總之，本次天問一號火星任務，使用太陽能板可以滿足需要。相信在將來進一步的火星探測任務中，會看到同位素電池的身影。

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  • 美國毅力號成功發射,為何它能比中國天問一號提前3個月登陸火星
    一旦錯過火星發射窗口，那麼就要等待下一次機會了。 而在今年的窗口期，阿聯的「希望號」率先出發，中國「天問一號」緊隨其後，美國的「毅力號」則趕上了窗口期尾巴。這是人類航天史上，罕見的三個國家都是開啟火星探測任務。
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  • 美國毅力號7月30日發射，倒計時開啟，著陸火星被稱為恐怖7分鐘
    2020年7月真是一個讓人記憶深刻的月份，基本可以算是一個「航天月」，為什麼這麼說呢？因為已經有兩個火星探測器成功升空，它們正在飛往火星的路上，一個是阿聯的希望號，一個是中國的天問一號。，它就是美國毅力號，計劃發射時間已經確定了，倒計時開啟。
  • NASA毅力號成功發射，為什麼它能比天問一號提早3個月登陸火星？
    在今年夏天的火星發射窗口期間，可謂是熱鬧非凡，人類相繼向火星發射了三個探測器，先是阿聯的希望號，再是中國的天問一號，最後是美國的毅力號。預計這三個探測器都會在大約半年後飛抵火星，並對火星開展探測。預計在明年2月份，三個探測器都會進入火星軌道，成為繞著火星運動的衛星。其中希望號是軌道器，不會登陸火星，只有我國的天問一號和美國的毅力號將會在火星表面登陸。
  • 美國毅力號比中國天問一號晚發射7天，為什麼能早3個月著陸火星？
    然而，就在我國的「天問一號」發射成功約一周之後，美國的「毅力號」火星車於北京時間7月30日19點50分，在佛羅裡達州的卡納維拉爾角空軍基地搭乘阿特拉斯-5型運載火箭發射升空。想必很多人注意到，本年度截止到目前，世界上已有3個國家向火星發射了探測器，分別是阿拉伯聯合大公國的「希望號」火星探測器、中國的「天問一號」火星探測器、美國的「毅力號」火星探測器，而如若不是今年突發的疫情「從中作梗」，歐洲航天局和俄羅斯合作的「羅莎琳德·富蘭克林」原本計劃也會在這個時間段向火星出徵。
  • 美國毅力號比中國天問一號晚發射7天，卻為什麼能早3個月著陸火星
    根據專家預測，「天問一號」需要經過大約210天的火星之旅才能抵達火星軌道，也就是2021年2月底或3月初的時候到達火星相應軌道，並於2021年5月才會降落到火星北半球烏託邦平原上，之後才能進行火星探測之行。就在我國的火星探測器升空後的一周左右，美國「毅力號」火星車搭乘阿特拉斯-5型運載火箭發射升空，這是世界航天界的又一重大新聞。