本周登陸火星的“好奇號”探測器此刻正在遙遠的紅色土地上張望。對“非專業(yè)航天愛好者”來說，要從外形上區(qū)分“好奇號”和它的前輩、比如“勇氣號”“機遇號”，其實遠比想象來得簡單：
“好奇號”身上，那對早已被視為太空飛行器標志的“翅膀”——太陽能電池翼片——消失了。
收起慣常的“翅膀”，正是為了飛得更遠。“好奇號”是人類建造的首輛核動力火星車。而且，隨著人類不斷走向深空，航天器對核能的依賴也會越來越大。
事實上，將于明年隨“嫦娥三號”登月的我國首輛月球車，也將裝載核動力裝置。這將使我國成為繼美俄之后，第三個將核動力應用于太空探測的國家。
核能利用也可以“微型化”
普通人也許慣于將核能與核電站、核潛艇等“大家伙”聯(lián)系在一起，但中國探月工程首席科學家、中國科學院院士歐陽自遠告訴記者，在航天器上，核能是以另一種“微型化”的方式被利用的?！昂闷嫣枴鄙洗钶d的核動力裝置，是一枚重約45公斤、發(fā)電功率140瓦的核電池。
原理并不難解釋：電池中的放射性核燃料不斷進行衰變，釋放出熱量；經(jīng)過溫差熱電轉換器的作用，最終形成電流。
與核反應堆靠的是裂變反應發(fā)電不同，核電池基于衰變反應，能量釋放遠不如裂變劇烈（不加控制的裂變就是核爆炸）。
但衰變釋放的能量也不容忽視。日本福島核事故中，搶險人員之所以要迅速重建被破壞的堆芯冷卻系統(tǒng)，就是為了導出核燃料衰變產(chǎn)生的熱量。否則，高溫會熔解金屬保護殼，導致嚴重核泄漏。
歐陽自遠告訴記者，無論是“好奇號”，還是中國的月球車，核電池中使用的燃料都是钚238。钚238的半衰期有80多年。這個時間足夠長，使钚238能支撐電池持續(xù)工作幾十年。
上海空間電源研究所研究員李國欣告訴記者，钚238衰變時，表面溫度可以達到五六百攝氏度，足以讓钚金屬塊呈現(xiàn)出熾熱的紅色。在核電池中，它相當于一個熱源。這種核電池，更規(guī)范的名稱是“放射性同位素溫差電池”。它的能力雖不足以讓火箭升空，卻可以用于小規(guī)模供電，比如，讓火星車以低速移動，并與地球通話。
讓飛行器對惡劣環(huán)境“免疫”
李國欣告訴記者，對深空探測來說，核電池意義重大。在太空中，飛船能依靠的只有太陽能與核能。飛船距離太陽越遠，陽光越是微弱，太陽能電池板的發(fā)電能力就越低；為保證飛行器的能量供應，就需要應用核電源。
歐陽自遠表示，“好奇號”火星車自重近1噸，大約是2004年登陸火星的“機遇號”和“勇氣號”的5倍，對能量的需求也更大。核電池不僅不受光照影響，對其他惡劣的外部環(huán)境，比如真空、極冷、極熱、宇宙輻射等，也基本“免疫”。
歐陽自遠告訴記者，我國的月球車實際上同時使用太陽能和核能作為能源。月球的自轉一周是28天，等于說一個“月球夜”會持續(xù)14天。黑暗中的月面，溫度驟降到零下100多攝氏度，為防止車載儀器被凍壞，休眠中的月球車就得靠核電池的能量來保溫，并維持與地面的通訊。而一旦新一個白晝來臨，太陽能電池就能重新驅動月球車工作。據(jù)了解，從上世紀中葉起，核電池就在太空領域應用。但隨著美蘇太空競賽的冷卻，人類探索深空的腳步放緩。而在近地軌道，核電池的性價比不及太陽能發(fā)電。此外，目前全球钚238主要產(chǎn)自俄羅斯，燃料來源的局限也拖累了核電池的應用。
中國自主研發(fā)邁出大步
據(jù)歐陽自遠介紹，我國月球車搭載的核電池，是由中國原子能科學研究院牽頭研發(fā)的。
記者沒能采訪到中國原子能科學研究院的相關負責人。但從該院官方網(wǎng)站上，同樣可以收獲不少信息。綜合該網(wǎng)站過去幾年陸續(xù)刊登的文章，從2004年開始，該院正式啟動航天用同位素電池的研發(fā)；到2006年，研制出我國第一顆钚238同位素電池；2008年通過了專家組的鑒定。這顆電池的研制成功，填補了我國長期以來在該研究領域的空白，標志著我國在核電源系統(tǒng)研究上邁出了重要的一步。
據(jù)原子能院的官網(wǎng)文章介紹，第一顆“國產(chǎn)”同位素電池的各項指標均超過了預期要求，研制全過程安全無誤，功率為百毫瓦級。
雖然功率與“好奇號”電池的140瓦左右的功率還有距離，但據(jù)歐陽自遠介紹，只要研發(fā)成功第一顆電池，就可以說突破了同位素發(fā)電的主要技術難點。今后，如果要做大功率，只需相應地增加核燃料钚238的使用量。他表示，在我國未來的深空探測計劃——比如火星探測中，核電池可能發(fā)揮越來越大的作用。
（轉載）
