中国已造出国产核电池 将装上嫦娥三号月球车

中国已造出国产核电池 将装上嫦娥三号月球车

资料图:嫦娥三号计划搭载的月球车模型

将于明年随“嫦娥三号”登月的我国首辆月球车,也将装载核动力装置。

本周登陆火星的“好奇号”探测器此刻正在遥远的红色土地上张望。对“非专业航天爱好者”来说,要从外形上区分“好奇号”和它的前辈、比如“勇气号”“机遇号”,其实远比想象来得简单:

“好奇号”身上,那对早已被视为太空飞行器标志的“翅膀”——太阳能电池翼片——消失了。

收起惯常的“翅膀”,正是为了飞得更远。“好奇号”是人类建造的首辆核动力火星车。而且,随着人类不断走向深空,航天器对核能的依赖也会越来越大。

事实上,将于明年随“嫦娥三号”登月的我国首辆月球车,也将装载核动力装置。这将使我国成为继美俄之后,第三个将核动力应用于太空探测的国家。

核能利用也可以“微型化”

普通人也许惯于将核能与核电站、核潜艇等“大家伙”联系在一起,但中国探月工程首席科学家、中国科学院院士欧阳自远告诉记者,在航天器上,核能是以另一种“微型化”的方式被利用的。“好奇号”上搭载的核动力装置,是一枚重约45公斤、发电功率140瓦的核电池。

原理并不难解释:电池中的放射性核燃料不断进行衰变,释放出热量;经过温差热电转换器的作用,最终形成电流。

与核反应堆靠的是裂变反应发电不同,核电池基于衰变反应,能量释放远不如裂变剧烈(不加控制的裂变就是核爆炸)。

但衰变释放的能量也不容忽视。日本福岛核事故中,抢险人员之所以要迅速重建被破坏的堆芯冷却系统,就是为了导出核燃料衰变产生的热量。否则,高温会熔解金属保护壳,导致严重核泄漏。

欧阳自远告诉记者,无论是“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能支撑电池持续工作几十年。

上海空间电源研究所研究员李国欣告诉记者,钚238衰变时,表面温度可以达到五六百摄氏度,足以让钚金属块呈现出炽热的红色。在核电池中,它相当于一个热源。这种核电池,更规范的名称是“放射性同位素温差电池”。它的能力虽不足以让火箭升空,却可以用于小规模供电,比如,让火星车以低速移动,并与地球通话。

让飞行器对恶劣环境“免疫”

李国欣告诉记者,对深空探测来说,核电池意义重大。在太空中,飞船能依靠的只有太阳能与核能。飞船距离太阳越远,阳光越是微弱,太阳能电池板的发电能力就越低;为保证飞行器的能量供应,就需要应用核电源。

欧阳自远表示,“好奇号”火星车自重近1吨,大约是2004年登陆火星的“机遇号”和“勇气号”的5倍,对能量的需求也更大。核电池不仅不受光照影响,对其他恶劣的外部环境,比如真空、极冷、极热、宇宙辐射等,也基本“免疫”。

欧阳自远告诉记者,我国的月球车实际上同时使用太阳能和核能作为能源。月球的自转一周是28天,等于说一个“月球夜”会持续14天。黑暗中的月面,温度骤降到零下100多摄氏度,为防止车载仪器被冻坏,休眠中的月球车就得靠核电池的能量来保温,并维持与地面的通讯。而一旦新一个白昼来临,太阳能电池就能重新驱动月球车工作。据了解,从上世纪中叶起,核电池就在太空领域应用。但随着美苏太空竞赛的冷却,人类探索深空的脚步放缓。而在近地轨道,核电池的性价比不及太阳能发电。此外,目前全球钚238主要产自俄罗斯,燃料来源的局限也拖累了核电池的应用。

中国自主研发迈出大步

据欧阳自远介绍,我国月球车搭载的核电池,是由中国原子能科学研究院牵头研发的。

记者没能采访到中国原子能科学研究院的相关负责人。但从该院官方网站上,同样可以收获不少信息。综合该网站过去几年陆续刊登的文章,从2004年开始,该院正式启动航天用同位素电池的研发;到2006年,研制出我国第一颗钚238同位素电池;2008年通过了专家组的鉴定。这颗电池的研制成功,填补了我国长期以来在该研究领域的空白,标志着我国在核电源系统研究上迈出了重要的一步。

据原子能院的官网文章介绍,第一颗“国产”同位素电池的各项指标均超过了预期要求,研制全过程安全无误,功率为百毫瓦级。

虽然功率与“好奇号”电池的140瓦左右的功率还有距离,但据欧阳自远介绍,只要研发成功第一颗电池,就可以说突破了同位素发电的主要技术难点。今后,如果要做大功率,只需相应地增加核燃料钚238的使用量。他表示,在我国未来的深空探测计划——比如火星探测中,核电池可能发挥越来越大的作用。(记者 张懿)

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