太空探测器是人类揭开宇宙神秘面纱最有效的工具，探测器上会携带很多精密仪器，对探测对象开展科学研究，那你是否思考过，这些仪器到底是如何工作的？

对于地球上的精密仪器而言，必须通电才能够工作，同样，就算是这些精密仪器被搬到太空，依然离不开电能。

最早，航天的太空探测器都是采用太阳能提供能量，免费还相对好用的东西不用白不用。

不过，免费的东西还是有弊端，一旦探测器进入星球的背面，就彻底没有了能源，整个设备不仅无法工作，而且太空低达-270℃的温度，低温状态下，这些仪器会损坏。

纵观世界范围内，能在太空中利用的能源中，目前只有核电池是寿命最长，稳定性最好的。

小发电站

其实，核电池用到探测器上已经不是什么新闻了，早在几十年前，美俄冷战时期就有大量航天器使用核电池。

其实，核电池并不是严格意义上的电池，它的全称是放射性同位素热电发生器，简称RTG。

核电池的原理并不难，跟核发电站有异曲同工之妙，它利用了放射性元素衰变过程中产生的热能，热能推动发电设备工作，产生电能，

航天器上采用的核电池一般是放射性元素钚-238。

钚的威力比铀还要大，钚和铀都是原子弹的材料，当年，美国在日本广岛用的是铀原子弹，在长崎用的是钚原子弹。

不过核电池用的钚和原子弹不同，原子弹的钚是钚-239（239Pu），而大部分RTG则使用钚的另一种同位素钚-238（238Pu），它比前者的原子核中少一个中子。

少了这颗中子非常重要，钚-238不会爆炸。

顺便说一句，1940年末，美国科学家麦克米伦用60英寸回旋加速器加速的氘核，在轰击铀时发现钚238，次年发现了钚-239，四年过后，就用钚-239就毁灭了长崎市。

真正将钚-238用到太空探测器是在美阿波罗计划。

钚-238衰变

一般来说，放射性元素衰变包括阿尔法衰变、贝塔衰变和伽马衰变，不过，衰变没有聚变那么厉害。

钚-238衰变过程中，仅会释放一个氦-4原子核（α粒子），当然这一过程属于α衰变。

每克钚-238在衰变的过程中，自发产生的热量可以产生0.568W的电能。

核电池有多贵

由于钚-238是在高速器中人工合成的，这个合成的过程，成本极高，就目前来看，美俄有能力大规模生产。

所以，核电池的热电转换效率非常重要，比如美好奇号毅力号核电池效率达到6.3%，在核电池领域算是效率很高的，如果转换率低化，意味着需要更多钚-238，成本会更高。

那一个核电池组件究竟有多贵呢？

美毅力号探测器

美国当地时间2021年2月18日下午，美国毅力号火星探测器成功登陆火星，成为美国第五个成功登陆火星的探测器，毅力号此行有一个重要目的，采集火星样本，试图找到有生命存在的证据。

美国火星探测器毅力号，毅力号中有一个火星漫游车，重量达到1.03吨，长度接近3米，整个尺寸与小汽车差不多，它采用了RTG核电池，整个电池用了4.8公斤钚氧化物，总重量达到了45公斤，功率仅为110W，设计寿命14年，造价达到了7000万美元。

▲毅力号漫游车（圆圈为核电池）

一个核电池的价格比俄罗斯最贵战机米格35还要贵，确实是太贵了。

天问一号没有核电池晚上怎么办？

上一节说的美国毅力号是在今年7月30日发射，而中国的天问一号是在7月23日发射的，它们共同的目的都是火星。

那么问题来了，美毅力号漫游车可是携带了核电池，中国天问一号仅携带了太阳能电池板，而火星表面，晚上温度为零下70度，天问一号保温成了一个比较大的问题，它晚上该如何过夜呢？

中国航天人另辟蹊径，采用了相变保温系统，以正十一烷为工质，白天温度高时，正十一烷吸热变成液态存储能量，到晚上，正十一烷由液体凝固为固体释放热量，给机器设备保温。

▲正十一烷相变保温系统的集热窗，位于火星车背部

不过，按照探测器发展规律来看，中国探测器还是循序渐进，毕竟航天大国美国，也是慢慢才引进核电池。

核电池寿命

放射性元素寿命到底有多大，真的像有些人所说的无限寿命吗？

目前而言，就航天器上的核电池来看，别说无限寿命了，能够达到100年就不错了。

核电池的寿命是由其放射元素决定，一般太空探测区都采用钚-238，而钚-238的半衰期是87.7年，当87.7年过后，核电池中钚-238一半数量衰变成钚-234，这也就意味着发电的钚-238减少了一半，能量同样也会减半。

也就是说，核电池的使用寿命是87.7年，这个时间用在太空探测器刚刚好，执行任务的时间足够了。

航天技术可否民用

经常看到新闻报道，很多高精尖的航天技术，转移到民用方面。

毅力号火星漫游车，长有3米，重量达到1.03吨，与现在路上跑的汽车尺寸和重量差不多，如果将这个技术民用，基本达到永动机级别了，不需要充电和加油，可行吗？

先来看下，1957年美国福特公司曾经做过第一款核动力汽车，当时就做了一个外壳，拍了概念照片，一直没落地。

距离福特公司的核电池概念汽车已经过去60多年了，那现在技术是不是更进一步？我们来进行一个简单的推理。

驱动一台汽车正常运行约需要50Kw以上，这个功率是毅力号电池450倍，仅电池重量就要2160公斤，造价更是达到315亿美元，这还是抛开辐射问题的情况。

因此，就目前来看，核动力电池依然是不可行的。

写在最后

考虑到核电池的种种因素，航天技术要用到民用上，还有很长时间的路要走。

出处：头条号 @趣聊科学