明年,我国自主研发的核电池将随“嫦娥三号”软着陆月球,用于我国的着陆器和月球车上。月球上一个黑夜相当于地球上的14天,最低温度可低至在-180℃,届时核电池将与太阳能电池一起工作,各司其职。核电池将为“嫦娥三号”的仪器保温。
■“不是混合动力驱动车”
同时使用太阳能和核能作为能源,月球车也是辆“混合动力车”吗?并非如此。中国绕月探测工程首席科学家、中国科学院院士欧阳自远告诉记者,“太阳能负责提供月球车各种仪器的工作能源和驱动月球车行驶,而核能负责在夜晚给月球车的仪器保温。可以说,它们是‘各干各的’。”之所以这么分工,与月球环境和嫦娥三号要完成的任务密切相关。
欧阳自远介绍,嫦娥三号降落月球后在着陆器内会“放”出月球车,嫦娥三号则将在几公里外的范围内对月球进行区域性的精细巡视探测。白天,太阳能驱动月球车行驶并支持月球车上各种探测仪器开展探测;晚上,月球车休眠,等待天亮再工作。
与地球不同,月球的白昼、黑夜各持续大约14天,且夜晚温度可低至-180℃。而月球车上的仪器可承受的最低温约-40℃。这也就是说,如果在月球的漫漫寒夜中没有足够能源给仪器保温,全部仪器要冻坏,在下一个白昼来临之时,月球车将无法“醒过来”。
那么,利用蓄电池把白天积累的太阳能在晚上释放出来行不行呢?欧阳自远表示,这样做月球车将过于沉重,且蓄电池的延续工作时间也达不到14天。同样的,其他电池也行不通,不仅提供的能量功耗和供能时长达不到标准,也难以抵抗月球黑夜的超低温。
如此,核电池成了唯一的选择。它能“耐得住”月球的恶劣环境,且能长期提供能量使月球车上的仪器保持不低于-40℃甚至更高的温度环境。在它的保温下,月球车可以“熬”过黑夜,等到白天继续进行探测工作。
■核电池靠放射性元素衰变供能
无论是嫦娥三号月球车,还是好奇号火星车,车上的核电池原料都是钚238。它的半衰期约为80年,衰变过程中释放出能量,可保持二三十年的生命力。
国家核电技术公司科研部处长朱书堂告诉记者,核武器、核电站的原理是核裂变,产生的能量大,过程剧烈,需要一系列控制系统,否则就会产生核爆炸。而核电池靠的是某些不稳定的原子核自然衰变,这一过程中释放出的能量,一般为热能,这一能量比核裂变产生的能量小很多。此外,核衰变比裂变“温柔”得多,不存在核爆炸的危险,但是因其原料具有放射性,一旦发生泄漏便有核污染的可能。
以嫦娥三号和好奇号所用的钚238来说,它在不断的衰变中,射出阿尔法粒子,释放出热量,此时金属表面会变得通红,温度可达五六百度,再经由温差热电转换器形成电能,其间会有一定能量损失。
“之所以选择钚238,是因为它的半衰期约为80年,也就是说核电池内的钚238的原子数减少到一半需要80年。”欧阳自远告诉记者。这样的半衰期,意味着它衰变得比较快,可以为核电池提供热源,同时也不算衰减得过于快,能够保证核电池二三十年内正常运转。而有的放射性元素半衰期太短,核电池的使用寿命也短;有的放射性元素半衰期过长,可以达到几百万年甚至几十亿年,核电池的功率太低。
■核电池民用没有必要
朱书堂表示,早在上世纪五六十年代,核电池的理论就已出现,早已是一项比较成熟的技术。但是技术可行,并不意味着能够完美“做”出核电池。尤其是核电池用于太空探索,更需要注意稳定性、安全性,还要尽量做得小、紧凑。因此,在控制技术达不到的情况下,很难做出核电池。
此外,我国之前没有把核电池用于太空探索还有另一个原因:是否需要使用它。欧阳自远介绍,之前嫦娥一号、二号都是月球探测卫星,太阳能电池足以完成探测的能源需求,完全没有必要使用核电池。
同样的,虽然嫦娥三号使用了核电池,也不意味着我国今后的太空探索都会用核电池。正如欧阳自远所说,对于核电池不必“谈核色变”,也不必认为它是太空中不可或缺的。
与此类似,朱书堂认为,核电池民用还不太现实。虽然目前有核电池汽车、核电池手机的设想,但是造价极高,又有其他能源可替代,完全没有必要。
