核动力优势明显,天问一号为什么还要使用太阳能?

作者: 川陀太空

来源: 科学大院

发布日期: 2020-07-30

本文讨论了天问一号火星探测器为何选择太阳能而非核动力作为能量来源,分析了太阳能和核电池的优缺点,并展望了未来核动力在太空探索中的应用前景。

2020年7月23日12时41分,我国首次火星探测任务天问一号探测器在中国文昌航天发射场升空。目前,天问一号飞行状态良好,探测器已脱离地球引力影响范围,进入行星际转移轨道,飞离地球超过150万公里。这次火星探测从立项到发射只用了4年的时间,2016年国家批准立项,任务目标是通过一次发射任务完成对火星全球进行一次综合性的探测,同时对火星表面展开区域巡视,任务目标将通过轨道器、巡视器完成。

天问一号巡视器作为第一个登陆火星表面的中国火星车,采用了太阳能作为能量来源。火星轨道与太阳的距离比火星与地球要远,这说明火星上接收到的光照强度要比地球上接收到的弱得多。而地球轨道上的光强每平方米大小面积上可达到1353瓦的数值,在火星表面,每平方米大小面积上的光强为590瓦,只有地球的40%左右。假如人能站在火星上看太阳,会发现太阳不是那么刺眼。

以上数据还是一个平均数,我们仍然需要考虑火星轨道与太阳之间近日点和远日点的差值,综合来看,轨道光强数据在500至700之间,在近日点的时候,光照强度会大一些,如果火星在远日点,就小一些。

使用核电池也并不是百利而无一害。首先,使用核电池对火箭发射的安全系数有更高的要求,一旦发射出现问题,钚-238会对地面环境造成核辐射危害。

美国此前也发生过钚-238核电池事故,导致钚-238被释放到大气中,造成核污染。其次,虽然我国也掌握了一些核电池技术,但核电池太复杂,质量太大,容易出问题。要在天问一号巡视器上使用,过于冒险。为了稳妥起见,天问一号巡视器使用的是太阳能电池板,与嫦娥4号上的三结砷化镓太阳能电池阵列相当,但是数量上多了一些,有4片,面积更大。

虽然火星上能接收到的太阳光照强度相比地球减弱了很多,但是还是能够支持巡视器完成探测任务。对于太阳系中的其它离太阳更远,或是能接受到太阳光照更弱的行星,核电池或许是唯一的选择。例如,距离地球最近的行星是金星,金星表面被浓厚的云层覆盖,可反射掉90%的光照,根本无法获得足够强的光照。目前在金星表面存活下来的探测器最长幸存时间为110分钟,不到2个小时。

如果我们要发射探测器在金星上着落,要想长时间存活,还需要靠核电池。

“天问一号”已经开启了中国航天对行星探索的大门,核动力将是下一个突破口,打造一款成熟的中国制造核动力电池,将是一种趋势。当我们逐渐掌握核电池技术之后,未来的中国火星车一定会采用核电池作为动力,这样可以钻入火星熔岩洞穴进行长时间探索,太阳系的行星上将遍布中国制造探测器。

UUID: 7f26f569-fd03-4555-af9e-0537a945048a

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/科学大院公众号-pdf2txt/2020年/2020-07-30_核动力优势明显,天问一号为什么还要使用太阳能?.txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0042 元