中國首輛月球車“嫦娥3號”將裝載核動力裝置

本週登陸火星的“好奇號”探測器此刻正在遙遠的紅色土地上張望。對“非專業航天愛好者”來説，要從外形上區分“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誌的“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，隨着人類不斷走向深空，航天器對核能的依賴也會越來越大。

事實上，將於明年隨“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後，第三個將核動力應用於太空探測的國家。

核能利用也可以“微型化”

普通人也許慣於將核能與核電站、核潛艇等“大傢伙”聯繫在一起，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。“好奇號”上搭載的核動力裝置，是一枚重約45公斤、發電功率140瓦的核電池。

原理並不難解釋：電池中的放射性核燃料不斷進行衰變，釋放出熱量；經過温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電不同，核電池基於衰變反應，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，就是為了導出核燃料衰變產生的熱量。否則，高温會熔解金屬保護殼，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鈈238。鈈238的半衰期有80多年。這個時間足夠長，使鈈238能支撐電池持續工作幾十年。

上海空間電源研究所研究員李國欣告訴記者，鈈238衰變時，表面温度可以達到五六百攝氏度，足以讓鈈金屬塊呈現出熾熱的紅色。在核電池中，它相當於一個熱源。這種核電池，更規範的名稱是“放射性同位素温差電池”。它的能力雖不足以讓火箭升空，卻可以用於小規模供電，比如，讓火星車以低速移動，並與地球通話。

讓飛行器對惡劣環境“免疫”

李國欣告訴記者，對深空探測來説，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。月球的自轉一週是28天，等於説一個“月球夜”會持續14天。黑暗中的月面，温度驟降到零下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温，並維持與地面的通訊。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。據瞭解，從上世紀中葉起，核電池就在太空領域應用。但隨着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電。此外，目前全球鈈238主要產自俄羅斯，燃料來源的侷限也拖累了核電池的應用。

中國自主研發邁出大步

據歐陽自遠介紹，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的。

記者沒能採訪到中國原子能科學研究院的相關負責人。但從該院官方網站上，同樣可以收穫不少信息。綜合該網站過去幾年陸續刊登的文章，從2004年開始，該院正式啓動航天用同位素電池的研發；到2006年，研製出我國第一顆鈈238同位素電池；2008年通過了專家組的鑑定。這顆電池的研製成功，填補了我國長期以來在該研究領域的空白，標誌着我國在核電源系統研究上邁出了重要的一步。

據原子能院的官網文章介紹，第一顆“國產”同位素電池的各項指標均超過了預期要求，研製全過程安全無誤，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，但據歐陽自遠介紹，只要研發成功第一顆電池，就可以説突破了同位素發電的主要技術難點。今後，如果要做大功率，只需相應地增加核燃料鈈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，核電池可能發揮越來越大的作用。(記者 張懿)