“嫦娥三号”技术不输美国：搭载核能电池

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我国嫦娥三号月球探测器发射在即，为了能够在月球上过夜；嫦娥三号需要长时间经受严寒带来的极大挑战。为了突破这一难关，我国嫦娥三号，将携带核能电池飞天。如能成功，就将使我国成为继美俄之后，成为世界上第三个将核动力应用于太空探测的国家。什么是核电池核电池（又称原子能电池或放射性同位素发电装置）是指那些使用放射性同位素衰变时产生的能量转化为电力的装置。核电池也叫同位素电池。（注：同位素是指有相同质子数，不同中子数的原子。如氕与氘互为同位素。核素是指具有一定质子数的原子，是一种具体的原子，如氕或氘就是核素。同一元素的不同核素互为同位素。）同理，同位素电池，就是利用同位素材料衰变过程中产生的能量放出的热量，进行热电转化。其装置名称RTG（Radioisotope Thermoelectric Generator）是“放射性同位素热电发电机”这个词的缩写。核电池是通过半导体换能器，将鈈238、铀238（放射性同位素）衰变过程中，释放出射线（放出载能粒子α、β和γ粒子射线）的热能，转变为电能。目前，核电池已成功地用作航天器的电源。（还用于医学心脏起搏器和一些特殊的军事用途方面）。2020年8月7日，美国发射的好奇号火星车，顺利抵达火星原子能电池，其所用的核电池寿命长达14年。

核电池的类型和属性按提供的电压的高低，核电池可分为高压型（几百至几千V）和低压型（几十mV—1V 左右）两类；按能量转换机制，它可分为九类之多(直接转换式和间接转换式。更具体地讲，包括直接充电式核电池、气体电离式核电池、辐射伏特效应能量转换核电池、荧光体光电式核电池、热致光电式核电池、温差式核电池、热离子发射式核电池、电磁辐射能量转换核电池和热机转换核电池等)。目前应用最广泛的是温差式核电池和热机转换核电池。核电池取得实质性进展始于20世纪50年代，由于其具有体积小、重量轻和寿命长的特点，而且其能量大小、速度不受外界环境的温度、化学反应、压力、电磁场等影响，因此，它可以在很大的温度范围和恶劣的环境中工作。据了解，当放射性物质衰变时，能够释放出带电粒子，如果正确利用的话，能够产生电流。核电池有其稳定程度。通常不稳定（即具有放射性）的原子核会发生衰变现象，在放射出粒子及能量后可变得较为稳定。核电池正是利用放射性物质衰变会释放出能量的原理所制成的，此前已经有核电池应用于军事或者航空航天领域，但是电池体积往往很大。 过去在电池的研发过程中面临的重大难关之一，就是为了提高性能，电池大小往往比产品本身还大。

由美国密苏里大学计算机工程系教授权载完（音译）率领的研究组曾成功为“核电池”瘦身，所研发出的“核电池”体积小但电力强。他们做出的核电池大小只是略大于1美分硬币（直径1.95厘米，厚1.55毫米），但其输出能量远比一般化学电池为高，发出的电力高达普通化学电池的100万倍。核电池的另一诱人之处是，核电池比起一般电池有很长的寿命，提供电能的同位素工作时间非常长，甚至可能达到5000年。在不久的将来，只需要一个硬币大小的核电池，就可以让你的手机不充电使用5000年。在航天领域，在航天器上，核能往往就是以这种种“微型电池化”的方式被利用的。尤其在外太空行星探测领域中，由于空间探测器远离太阳，难以利用太阳能电池的能量，必须采用核电源。所以，核动力卫星在外行星探测中占据重要位置。嫦娥三号比起好奇号，并不逊色第一、嫦娥三号与好奇号都采用的核动力，虽然不知道好奇号是直接采用核动力转变成动能还是怎么的，但嫦娥三号采用的核动力电池，是目前核动力小型化的最高的成果。对比好奇号绝对不会逊色，而且嫦娥三号比好奇号体积小，动力装置可能也会更小。核能装置的对比无非就是看小型化程度。第二、好奇号要能对抗登陆火星瞬间产生的高温，但嫦娥三号却要对抗月球表面几百摄氏度的温差。

相比，嫦娥更了不起。对抗高温，对所有发射火箭的国家都面临这个问题。而且好奇号登陆火星时承受的温度相对不算高，飞船返回地球的温度比登陆火星时高的多。嫦娥却是非常了不起，对抗温差300摄氏度，对抗低温零下一百多摄氏度，这是中国的首创。第三、嫦娥三号与好奇号降落方式都是软着陆，都是采用火箭发动机反推。这里不得不说美国对好奇号的机构设计更好，因为好奇号更重一些，而且火星的引力更大一些。不过这是反推火箭的问题。而且火箭的推力大小并不是大不了的问题原子能电池，我们也能做的出来。第四、是登陆星球不同，其实登陆月球和登陆火星的难度差别不大，对火箭的大小要求不高。只要达到第二宇宙速度，挣脱地球的束缚，然后关闭发动机，同时保持匀速飞行，都会实现。其实，达到第二宇宙速度的火箭中国早就有了。至于降落地点，对于好奇号、嫦娥三号来说，都是预先选好的，在火星还是在月球降落区别不大，都是地面人为遥控（我们已经有了自己的深空站、网。）距离也不是问题了（嫦娥二号飞行距离已超过了去火星的路程）。第五、据欧阳自远院士说，无论是美国的“好奇号”，还是中国的月球车，核电池中使用的燃料都是钚238。钚238的半衰期有80多年。这个时间足够长，使钚238能够支撑电池持续工作几十年。虽然“国产”同位素电池的功率与“好奇号”电池的140瓦左右的功率还有距离，但只要研发成功第一颗国产同位素电池，就突破了同位素发电的主要技术难点。今后，如果要做大功率的，只需相应地增加核燃料钚238的使用量。所以，嫦娥三号比起好奇号，应该不逊色！

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