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美国宇航局核燃料告急 深空探测任务被搁置
来源： 南方网作者：
可以预见，放射性同位素热电发生器是深空探索的基本保障，但美国宇航局正在面临核电池供不应求的问题，如果供货得不到落实，那么今后几年的深空任务都会受到影响。美国宇航局的卡西尼探测器、好奇号和新视野号都使用了放射性同位素热电发生器，这是长时间深空飞行的保证。
　　钚-238的生产主要来自冷战时期，在核武器的制造过程中能够获得钚-238，目前库存不多
　　据国外媒体报道，美国宇航局深空任务的探测器群多数使用了核电池，即放射性同位素热电发生器，该装置能够为探测器提供足够的电力供应，持续时间可长达十多年以上。美国宇航局的旅行者探测器就使用了的核电池供能，从1977年开始一直与地球保持联系，目前2艘旅行者号已经位于太阳系边缘附近。可以预见，放射性同位素热电发生器是深空探索的基本保障，但美国宇航局正在面临核电池供不应求的问题，如果供货得不到落实，那么今后几年的深空任务都会受到影响。
　　放射性同位素热电发射器以钚-238为核燃料，这是制造核武器过程中的副产品，美国宇航局当前的钚-238存储量为77磅，其中大约有37磅的纯度足够高，能够满足深空飞行的需要，一旦这些燃料用完，那么深空任务就会受到严重影响。钚-238的生产主要来自冷战时期，在核武器的制造过程中能够获得钚-238，不过受到核不扩散条约的影响，核武器的生产显然也没有冷战时期那般热火朝天。
　　美国宇航局的卡西尼探测器、好奇号和新视野号都使用了放射性同位素热电发生器，这是长时间深空飞行的保证。面对核燃料匮乏的问题，美国宇航局确实还开发了另一种核电池，可节省钚-238的使用量。对此，美国宇航局发言人德维恩-布朗称由于核电池供货存在问题，新视野号探测器之后的深空任务被暂时搁置，目前剩下三块核电池中已经确定为2020年火星车任务提供一块，另外两块核电池的使用就变得更加慎重。
　　由于核燃料在深空飞行中具有巨大的作用，多数深空任务会选择使用这种能源形式。当探测器距离太阳较远时，太阳能电池板所能提供的电力会出现不足的情况，核电池成了最理想的选择。未来美国宇航局还将启动多个地外天体表面探索计划，比如木卫二海洋下的无人深潜机器人也需要核动力，面对为数不多的核燃料，美国宇航局该如何应对呢，我们拭目以待。（罗辑/编译）（来源：腾讯太空）
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编辑： 邹长森
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日本电视台:中国无人机器玉兔号登月成功核电池和太阳能维系生命
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日本电视台:中国无人机器玉兔号登月成功核电池和太阳能维系生命
推荐出品人旅行者一号飞出太阳系, 是绕着太阳飞出还是直线飞出?旅行者一号飞出太阳系, 是绕着太阳飞出还是直线飞出?存在的方式百家号飞行器飞离太阳，需要大于第三宇宙速度即16.7公里每秒。这本身如果靠燃料、电池等能量是十分巨大的。它如果携带这样多的燃料其自重将使其动力难以承受。旅行者号首先依靠火箭发射飞离地球，主要是超越第一甚至第二宇宙速度飞向行星际空间。之后依靠的是几次的引力加速（路过土星、木星时的弹弓效应）.其携带的动力只用于变轨及调整飞行姿态.所谓引力弹弓，就是在飞行器飞越大行星时，利用其引力产生的离心加速度飞离并获得速度的提升。旅行者一号利用的是木星和土星，而旅行者二号利用了木星，土星，天王星和海王星四颗行星的加速度。这样不但节省能量，还可一举两得探测这些经过的行星，获得大量信息照片等重要科学资料。而之后由于星际间几乎为真空,没有什么阻力,像旅行者1号这些星际探测器从地球发射出去,自身就不需要什么动力了,它们会以恒定的速度和方向前进，以太阳能作为补充.“旅行者1号”上的电池是两枚核电池（钚电池）,能够保证它继续飞行至2025年.一旦电池耗尽,他们会停止工作（与地面失去联系）,但将继续向银河系中心前进,再也回不来了.因此，旅行者1号的飞行轨迹是一条螺旋抛物线（三维上还有变姿），飞越大行星之后基本直线前进，飞向星际空间。见下图本文仅代表作者观点，不代表百度立场。系作者授权百家号发表，未经许可不得转载。存在的方式百家号最近更新：简介:小故事，大道理。读一分钟故事！作者最新文章相关文章文档分类：
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核电池及其应用概述蚪τ枚■本刊刘春娜核电池,又叫同位素电池,也被叫做“放射性同位素温差发电器”。最初也叫原子电池。它是将原子核放射能直接转变为电能的装置,是由一些性能优异的半导体材料。如碲化铋、碲化铅、锗硅合金和硒族化合物等,把许多材料串联起来组成,再加上一个合适的热源和换能器.在热源和换能器之间形成温差才可发电。核电池的热源是放射性同位素。它们在蜕变过程中会不断以具有热能的射线的形式,向外放出比一般物质大得多的能量。这个过程有两个特点:一是蜕变时放出的能量大小、速度。不受外界环境中的温度、化学反应、压力、电磁场的影响,因此。核电池抗干扰萸浚ぷ髯既可靠;另一个特点是蜕变时间很长,这决定了核电池可长期使用。核电池的核心是换能器。目前常用的换能器叫静态热电换能器。它利用热电偶的原理在不同的金属中产生电位差,从而发电。它的优点是可以做得很小。在外形上。核电池虽有多种形状,但最外面部分大都由合金制成。起保护电池和散热的作用:次外层是辐射屏蔽层,防止辐射线泄漏出来;第三层是换能器,在这里热能被转换成电能:最后是电池的心脏部分,放射性同位素原子在这里不断地发生蜕变并放出热量。核电池可分为高电压型和低电压型两种类型。高电压型核电池:以含有线源纫螂的物质制成发射极,周围用涂有薄碳层的镍制成收集电极,中间是真空或固体介质。低电压型核电池:又分为温差电堆型、气体电离型和荧光一光电型三种结构。美、俄等国己将核电池实际应用于航天器的能源供应。美国国防部国防高级研究计划局囊桓隹蒲邢目称为“放射性同位素微能源”,提高能量转化效率就是这个项目的一部分。美国的国家航空航天局很久以前就认识到放射性材料在发电方面的巨大潜力。在一系列太空任务中,例如飞往月球的阿波罗项目,着陆火星的海盗号项目,以及飞往太阳系边缘的先驱者和旅行者号飞船项目,尤利西斯太阳探测器,伽利略号木星探测器等。都采用了这种核电池派湫酝凰厝鹊缱臃电机。,。这些空间探测器离太阳太远.因此无法使用太阳电池阵列供电。美国年重启了放射性元素“钚一钡纳苹时间内,耗资亿美元在美国爱达荷卅沂笛槭抑猩磅重的“钚一痹K亍&菹ぃ伞邦幸”制造的核电池可以持续供电长达数十年之久。美国冷战时生产的“钚一贝蠖用来给间谍设备提供能源,专家分析,美国重启“钚一鄙苹:芸赡苁为间谍卫星和太空武器提供长期的能美国宇航局迄今最为先进的好奇号火星车就是以核电池作为动力。好奇号火星车的动力是由一台多任务放射性同位素热电发生器└馓ㄉ备由美国能源部提供。这台发电机本质上是一块核电池.它可以将热能转化为电能。它主要包括两个组成部分:一个装填钚一趸锏娜仍础R约耙蛔楣体热电偶,它们可以将“钚一辈的热能转化为电力。它包含的钚氧化物,可以提供稳定的热能用于火星车上供电,并确保好奇号能够挨过火星漫长严寒的冬季。这种多任务放射性同位素热电发生器属于新一代设备。专门设计用于在拥有大气层的行星体。如火星上。或者在真空的太空环境中使用。除此之外,它还采用了更加灵活的模块化设计,可以适应多种不同的任务需求,供能相对稳定。这一设备的设计目标包括确保设备的高度安全。至少可以保证年的供能。并在此基础上做到质量最小化。这台设备直径约重。它有几层保护材料。其中灌装了钚氧化物燃料。这些保护层主要是考虑一旦发生预料之外的事故时可以防止钚燃料外泄,这一防泄漏技术之前都经受过撞击试验。万一火箭发射时出现意外,这些核燃料发生泄漏或者让任何民众暴露于核辐射中的可能莘浅5汀T发电机中使用的钚燃料和用于核武器中的燃料不同,前者不会发生核爆炸。并且这些核燃料都采用了特殊的陶瓷形态生产,因此不会对人体健康构成重大危害。多任务放射性同位素热电发生器产生的电力用来为两块锂离子电池充电。这些电池将确保在设备运行短时间内超出发电机功率时火星车仍然可以应对此类峰值用电负荷。按照设计这些电池将在每一火星日完成一次充电一放电循环。美国年路⑸渖盏男率野号,又译作新地平线号敲拦液娇蘸教炀值囊幌钐讲计划。其航程将途经木星。借用木星引力加速,然后直奔冥王星,预计在年伦钗=咏ね跣恰S捎谮ね跣蔷嗬太阳太远,阳光由太阳到达冥王星需要谮ね跣歉浇芙邮艿奶裟苤患地球千分之一,探测船无法利用太阳能产生足够的能量供活动所需,因此核电池是唯一的选择。美国海珀龙发电公司利用阿拉莫斯实验室授权的技术,开发出一种核电池。该电池寿命辍7⒌缒芰ξ。可以同时为两万个家庭供电。该公源。,长猵,.
τ谜雇近。卿多司打算以蛎涝5募矍鍪酆说池产品,预计在年前销量到达ā8玫绯刂卦帧8咴米。与大型核电站相比.核电池的优势在于它无需宏大的混凝土密闭建筑、冷却塔以及电力传输措施,并且不需要水冷却。所以,核电池在荒僻的处所。如军事基地、岛屿、油砂开采等有较辽阔的利用远景。该公司已经拿到ㄗ芭涞囊庀订单,已确定的订单价值诿涝!&拿大的油砂开采业是核电池装配的首批目标市场之一。油砂开采和提炼需要大量的电力。利用核电池后,将大大降低油砂开采的温室气体排放。东欧的一家能源投资公司已经与海珀龙公司签署了购置ê说绯氐囊庀蚴椋笮菇ü褐台以上,该公司打算将这些核电池安装在罗马尼亚和捷克。大型的核电池.主要用于工业和航天业。在航天领域,阳光太弱、宇宙射线过强会导致太阳电池失效。只有核电池能长期可靠的工作。因此,可以把核电池安装在探测卫星上,或安装在发射到太阳系外的无人飞船上。工业上,核电池可以用于偏远的地区。例如。终年积雪的高山、遥远荒凉的孤岛、荒无人烟的沙漠等。也需要建立气象站和导航站。如果用其它电源,更换和维修是极其困难的,若采用核电池.则可以建成自动气象站或自动导航站,实现自动记录和自动控制,常年无须更换和维修电源。核电池在航海以及导航等领域也有应用。处于深海、远海、人迹罕至处的灯塔、航标灯上等需要的能源必须保证寿命长,通常的太阳电池很难有用武之地.燃料电池和其他化学电池的使用寿命又太短,而采用核电池,能保证光源几十年内不用为经常更换和维修电池而烦恼。核电池还可用作一些海底设施。如各种海下科学仪器与海底油井阀门的开关和海底电缆中继器等,所用核电池既能耐深海的高压,安全可靠地工作,成本又少;核电池用作海下声纳、军事设施、水下***的电源,用来监听敌方潜水艇的活动,可以长期不用人去看管和维修;用作海底潜艇导航信标。能保证航标每隔几秒钟闪光一次。几十年内可以不换电池。同时。其它军事应用领域也非常广泛,如:反恐、救灾、野外作战、现代新型自动装备武器等。尤其是现代社会。微米和纳米级的器件被应用于各种各样的电子设备中。形成了一个几十亿美元的大市场。微型电动机械是一个飞速发展的领域。从汽车安全气囊的触发感应器到环境监控系统的药品释放.已经应用到了人们的日常生活中。并有希望生产1
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日，美国“凤凰”号火星登陆器发出了最后的信号。由于“凤凰”号着陆地点的光照出现季节性减少，不足以为太阳能电池充电，加上突如其来的一场沙尘暴，“凤凰”号电量耗尽，时间比预计提前了3周。
刚刚登陆火星的“好奇”号探测车一定可以避免“凤凰”号的厄运。“好奇”号的电力由一台“放射性同位素热电发生器”(缩写为RTG)提供，本质上是一块核电池。该电池的设计使用寿命为14年，不但比太阳能电池耐久，也不会像太阳能电池那样受火星尘埃的影响。可为重达一吨的“好奇”号提供充足电力。
“好奇”号的核电池由两部分组成：一个装有钚238二氧化物的热源和一组固体热电偶。热电偶是一种半导体，可以将钚238衰变产生的热能转化为电能。因为同位素衰变时释放的能量大小和释放速度不受外界环境的温度、化学反应、压力、电磁场的影响，所以在要求高功率、长寿命、运行环境恶劣的供电领域，核电池是绝佳的选择。特别是当航天器远离太阳或位于星球表面上，难以靠太阳能电池长时间供电时，核电源是唯一的选择。
太空核电池的研发始于1958年的美国。1961年美国发射了近地轨道导航卫星“子午仪-4A”，该卫星首次配备了RTG。该电池外形接近球体，直径约12.5厘米，重约2千克。个头虽小，它所提供的电力却相当于一块重300千克的镍-铜电池。“子午仪-4A”卫星在太空运行了十多年，大大超过原来的设计寿命。
在月球的漫漫长夜里，月表温度可低至-170℃。这时普通电池都无法工作，核能成为最理想的选择。年间，共有五块放射性同位素电池被五次“阿波罗”任务的宇航员带上月球，为月震仪、磁强仪、热流计、重力计和太阳风测定仪等多种仪器提供电能。1969年，苏联的“月球车1号”登上月球，这台重达756千克的无人探月车使用11千克的放射性同位素钋210作为燃料（可输出800瓦功率）来抵御月夜的严寒。“月球车1号”设计寿命为三个月，实际工作了近一年时间。
为了保证安全，需要对核电池进行大量苛刻的环境试验。包括模拟火箭发射和着陆环境的冲击振动试验、模拟再入大气层的高温试验、模拟海水长期浸泡的腐蚀试验等。四十年来，RTG已为许多太空任务提供动力，保持着良好的工作业绩。即便是在那些距离地球极其遥远、环境恶劣的考察任务中（如飞至太阳系边缘的先驱者号和旅行者号、飞向木星的伽利略号、探测太阳极区的尤利西斯号、飞向土星的卡西尼号、飞向冥王星新视野号等）RTG也从未出现过故障。
中国第一块放射性同位素电池于日诞生于中科院上海原子核所，以钋210为燃料，输出电功率为1.4瓦，热功率35.5瓦，并进行了模拟太空应用的地面试验。随着我国核电站数量的增加，由乏燃料后处理提取镎237原料的逐渐积累，为今后开发钚238电池提供了物质基础。从2004年开始，中国原子能科学研究院启动了太空同位素电池的研发，2006年该院研制出我国第一颗钚238同位素电池。
我国将于2013年发射“嫦娥三号”探测器在月球进行软着陆并施放月球车。前不久月球探测工程首席科学家欧阳自远院士接受媒体采访时透露，中国月球车将配备核电池来帮助月球车进行“冬眠”，等到太阳再次在月面上升起时，电池自动重启，月球车开始进入工作状态，这样的核电池可持续工作30年。
核电池的用武之地不仅仅局限于太空。高山、深海、南北极乃至人体中到处可以找到它的影踪。心脏起搏器用的核电池重量仅40克，体积很小，寿命可达十年。病人免除了经常做开胸手术的痛苦。在极地、海岛、高山、沙漠、深海等条件恶劣、交通不便的地方都是RTG的大显身手之地。自动无人气象站、浮标和灯塔、地震观察站、飞机导航信标、微波通讯中继站、海底电缆中继站等都可以使用免维护、长寿命的RTG供电。仅俄罗斯的北极海岸地区就有386个使用锶90的RTG运行，为导航设施供电。使用同位素电池的收音机和个人电子设备也已经出现。
现在，核电池正向效率更高、比功率更大、安全性更强的方向发展，它不但能帮助人类遨游太空、畅游海洋，还会走进日常生活给我们带来诸多便利。
本文已刊载于《新华每日电讯》科学松鼠会专栏
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