辐导员 | 核电池在航天器上的运用
核电池在航天器上的运用
2021年6月11日国家航天局举行天问一号探测器着陆火星首批科学影像图揭幕仪式，公布了由“祝融号”火星车拍摄的着陆点全景、火星地形地貌、“中国印迹”和“着巡合影”等影像图，标志着我国首次火星探测任务取得圆满成功。
中国航天经历的高光时刻，细心的你有没有注意到一个细节，美国好奇号火星车没有“小翅膀”，而中国的祝融号火星车却有。主要是这两个火星车提供动力的方式不同，好奇号采用的核电池，而祝融号采用的是太阳能板。
美国好奇号火星车
中国祝融号火星车
太阳能板想必大家比较熟悉了，今天小E就和大家介绍一下核电池吧！航天用的核电池全名叫空间核电源，分为两种，一种是用空间核反应堆来发电，另一种是用放射性物质的辐射来发电也叫同位素电池[1]。
什么是空间核反应堆？
空间核反应堆是一种可以将核反应堆产生的热能转换为电能供航天器使用的装置，它主要由反应堆本体、辐射屏蔽装置、热电转换系统、废热排放系统和反应堆控制系统组成。反应堆本体将反应堆核燃料产生的热能通过一回路传输到热电转换系统转换成电能，并将电能直接输送到航天器的负载，核反应堆能够比同等功率的太阳能电池板具有更低的发射质量。
什么是放射性同位素核电池？
放射性同位素核电池是利用核衰变来产生电能，种类也很多，有利用衰变热量的热电式，也有用辐射照射半导体直接产生电流等[2]，但最常见的还是热电式，典型的就是钚238核电池，钚238是一种非常理想的核电池材料，它在自然界中并不存在，得靠人工制取，虽然放射性很强，但仅释放出α射线，用一张纸就能挡住，甚至无法穿透皮肤，当钚238衰变产生的热量作为热源，配上热电转换器件就构成了核电池，寿命可达几十年。
核电池的发展趋势
核电池不仅仅用于航天，在医学、深海、极地、荒漠以及无人气象站和微波站等领域也有诸多应用[3]，核电池的总体技术发展趋势如下：
安全可靠
01
核电池所用放射源大多数具有一定的危险性或毒性，容易造成环境放射性污染，需要特殊的屏蔽措施。但增加了电池的重量、体积和成本，同时也不便于携带。因此，人们越来越倾向于利用便于防护的纯β放射源制做同位素电池、采用屏蔽效果更好的合金等。
寿命更长
02
目前在深空航空、航海、气象等领域应用的核电池，已经在寿命上表现出较为显著的优势。在未来，随着能量转换效率的提高，其寿命必将更长，在深空的探测器寿命将达到15年以上。
质量更轻
03
对航天领域，飞船的质量减轻能减少发射、任务执行时的能源消耗。对核电池的“瘦身”能有效地减小飞船质量，也能减少电池本身的负载。
成本降低
04
目前，核电池的单位电能生产成本比传统电池高，其中一个重要的原因是同位素价格较高。但随着更多的核反应堆的投入运行，人工放射性同位素的生产成本会大大下降。
最后小E想问一下读者们，核电池具有体积小，使用寿命长等特点，为什么中国的祝融号火星车没有采用呢？正如火星探测任务工程总设计师张荣桥所说：如果为天问一号着陆器、祝融号巡视器配核电池，首先经费要大幅度地增加；第二研制进度很难匹配。使用太阳能技术也并非是墨守成规，是为了更好地进行科学研究，相信在未来行星探测工程中，我们一定会使用上带有核电池的航天器！
参考资料：
[1]《中国航天器核电池技术与美国技术相差还有多远》
[2]《中国的航天器为什么没有自己的核电池？》
[3]《核电池技术应用及发展趋势》
编辑：李光宇
审核：林子吟
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