太空探測器是人類揭開宇宙神秘面紗最有效的工具，探測器上會攜帶很多精密儀器，對探測物件開展科學研究，那你是否思考過，這些儀器到底是如何工作的？

對於地球上的精密儀器而言，必須通電才能夠工作，同樣，就算是這些精密儀器被搬到太空，依然離不開電能。

最早，航天的太空探測器都是採用太陽能提供能量，免費還相對好用的東西不用白不用。

不過，免費的東西還是有弊端，一旦探測器進入星球的背面，就徹底沒有了能源，整個裝置不僅無法工作，而且太空低達-270℃的溫度，低溫狀態下，這些儀器會損壞。

縱觀世界範圍內，能在太空中利用的能源中，目前只有核電池是壽命最長，穩定性最好的。

小發電站

其實，核電池用到探測器上已經不是什麼新聞了，早在幾十年前，美俄冷戰時期就有大量航天器使用核電池。

其實，核電池並不是嚴格意義上的電池，它的全稱是放射性同位素熱電發生器，簡稱RTG。

核電池的原理並不難，跟核發電站有異曲同工之妙，它利用了放射性元素衰變過程中產生的熱能，熱能推動發電裝置工作，產生電能，

航天器上採用的核電池一般是放射性元素鈽-238。

鈽的威力比鈾還要大，鈽和鈾都是原子彈的材料，當年，美國在日本廣島用的是鈾原子彈，在長崎用的是鈽原子彈。

不過核電池用的鈽和原子彈不同，原子彈的鈽是鈽-239（239Pu），而大部分RTG則使用鈽的另一種同位素鈽-238（238Pu），它比前者的原子核中少一箇中子。

少了這顆中子非常重要，鈽-238不會爆炸。

順便說一句，1940年末，美國科學家麥克米倫用60英寸迴旋加速器加速的氘核，在轟擊鈾時發現鈽238，次年發現了鈽-239，四年過後，就用鈽-239就毀滅了長崎市。

真正將鈽-238用到太空探測器是在美阿波羅計劃。

鈽-238衰變

一般來說，放射性元素衰變包括

阿爾法衰變、貝塔衰變和伽馬衰變，不過，衰變沒有聚變那麼厲害。

鈽-238衰變過程中，僅會釋放一個氦-4原子核（α粒子），當然這一過程屬於α衰變。

每克鈽-238在衰變的過程中，自發產生的熱量可以產生0。568W的電能。

核電池有多貴

由於鈽-238是在高速器中人工合成的，這個合成的過程，成本極高，就目前來看，美俄有能力大規模生產。

所以，核電池的熱電轉換效率非常重要，比如美好奇號毅力號核電池效率達到6。3%，在核電池領域算是效率很高的，如果轉換率低化，意味著需要更多鈽-238，成本會更高。

那一個核電池元件究竟有多貴呢？

美毅力號探測器

美國當地時間2月18日下午，美國毅力號火星探測器成功登陸火星，成為美國第五個成功登陸火星的探測器，毅力號此行有一個重要目的，採集火星樣本，試圖找到有生命存在的證據。

美國火星探測器毅力號，毅力號中有一個火星漫遊車，重量達到1。03噸，長度接近3米，整個尺寸與小汽車差不多，它採用了RTG核電池，整個電池用了4。8公斤鈽氧化物，總重量達到了45公斤，功率僅為110W，設計壽命14年，造價達到了7000萬美元。

▲毅力號漫遊車（圓圈為核電池）

一個核電池的價格比俄羅斯最貴戰機米格35還要貴，確實是太貴了。

天問一號沒有核電池晚上怎麼辦？

上一節說的美國毅力號是在今年7月30日發射，而我國的天問一號是在7月23日發射的，它們共同的目的都是火星。

那麼問題來了，美毅力號漫遊車可是攜帶了核電池，我國天問一號僅攜帶了太陽能電池板，而火星表面，晚上溫度為零下70度，天問一號保溫成了一個比較大的問題，它晚上該如何過夜呢？

我國航天人另闢蹊徑，採用了相變保溫系統，以正十一烷為工質，白天溫度高時，正十一烷吸熱變成液態儲存能量，到晚上，正十一烷由液體凝固為固體釋放熱量，給機器裝置保溫。

▲正十一烷相變保溫系統的集熱窗，位於火星車背部

不過，按照探測器發展規律來看，我國探測器還是循序漸進，畢竟航天大國美國，也是慢慢才引進核電池。

核電池壽命

放射性元素壽命到底有多大，真的像有些人所說的無限壽命嗎？

目前而言，就航天器上的核電池來看，別說無限壽命了，能夠達到100年就不錯了。

核電池的壽命是由其放射元素決定，一般太空探測區都採用鈽-238，而鈽-238的半衰期是87。7年，當87。7年過後，核電池中鈽-238一半數量衰變成鈽-234，這也就意味著發電的鈽-238減少了一半，能量同樣也會減半。

也就是說，核電池的使用壽命是87。7年，這個時間用在太空探測器剛剛好，執行任務的時間足夠了。

航天技術可否民用

經常看到新聞報道，很多高精尖的航天技術，轉移到民用方面。

毅力號火星漫遊車，長有3米，重量達到1。03噸，與現在路上跑的汽車尺寸和重量差不多，如果將這個技術民用，基本達到永動機級別了，不需要充電和加油，可行嗎？

先來看下，1957年美國福特公司曾經做過第一款核動力汽車，當時就做了一個外殼，拍了概念照片，一直沒落地。

距離福特公司的核電池概念汽車已經過去60多年了，那現在技術是不是更進一步？我們來進行一個簡單的推理。

驅動一臺汽車正常執行約需要50Kw以上，這個功率是毅力號電池450倍，僅電池重量就要2160公斤，造價更是達到315億美元，這還是拋開輻射問題的情況。

因此，就目前來看，核動力電池依然是不可行的。

寫在最後

考慮到核電池的種種因素，航天技術要用到民用上，還有很長時間的路要走。