中国的火星车为什么不像“毅力号”一样,采用核电池?主要有两方面的原因:
初探火星,暂无必要
旅行者号核电池主要的应用场景是深空探测,比如美国70年代发射的旅行者号。
在远离太阳的深空环境中,探测器能获得的太阳光照强度十分有限,依靠太阳能板发电不太可能。
核电源就成为必然的选择。
核电池不受极冷极热的温度影响,不被宇宙射线干扰,在环境恶劣的太空中,是目前最理想的能量源。
迄今为止出现的各种深空探测器中,使用比较广泛的就是钚-同位素温差电池。
这种电池的基本原理,是利用钚-这种核燃料发生衰变时释放的热能。
通常会在钚-外层裹上热电偶。
热电偶的特性就是只要内外两面存在温度差,就会产生电能。
美国毅力号携带的同位素温差电池同位素温差电池工作时,核心的钚-不停地发生衰变,钚金属会呈现出类似蜂窝煤一样的炽热红色,表面温度可达到近度。
此时,包裹的热电偶内侧是具有高温的钚-金属块,内外温差实现了热电转换。
当然,这里只是简单介绍原理,实际实现技术非常复杂。
钚-产地主要在俄罗斯,价格不菲,导致同位素电池的性价比,不如太阳能电池高。
因此,在近地轨道的航天器中,主要还是使用太阳能电板为主。
有心的网友可能了解,中国玉兔二号月球车上,也安装了同位素电池。
这其中有一个特殊情况。
因为月球自传一周达到了28天,相当于一半的时间,即14天左右,玉兔二号将处于黑暗中,此时月表温度最低可达零下度。
在这么长时间的低温环境下,如果不采用核能,玉兔的车载仪器将会被冻坏。
玉兔二号必须使用同位素电池与太阳能电池相切换的模式。即月昼时,使用太阳能电板供电,月夜时玉兔进入休眠。
同位素温差电池开始工作,为玉兔提供保温功能,以及维持与地球的基本通讯。
那么此次天问一号访问火星,为什么没有采用同位素电池?
因为火星的昼夜时长与地球差别不太大,而且晚上低温会比月球上好一些。
短时间的低温对探测器影响不会太大。
而且,此次天问一号是中国首次探测火星,预期的工作时间不长,没有必要使用性价比更低的同位素电池。
技术原因
到目前为止,中国也只是研制出小功率的钚-同位素电池。
虽然是一种突破,但大功率同位素电池相关技术还有待提高,尤其是核燃料的能量转化率。
前面提到了,钚-的价格不菲,如果核燃料利用率提升不上去。
无论是发射的载荷还是成本,都会大幅度提高,影响整个发射。
总之,本次天问一号火星任务,使用太阳能板可以满足需要。相信在将来进一步的火星探测任务中,会看到同位素电池的身影。