03.01 美国旅行者1号飞行器用什么提供能量?

光辉岁月无声岁月


答:旅行者1号用的是两颗“钚放射性同位素电池”,俗称作核电池,预计能用到2025年,两块核电池持续提供电能48年。




核电池的能源,来自于放射性同位素衰变,过程释放能量,然后装置把释放的能量转化为电能,供飞船使用,核电池在1956年发明出来,旅行者1号在1977年升空。




核电池的基本原理是:放射性同位素在衰变的过程中,伴随着能量释放,大部分会变成热能,然后热电转化装置把这些热能,持续地转化为电能。

核电池有几个特点:

1、能量来自于衰变过程中的质量亏损,所以只需极少的衰变物质,就可产生大量且持续的能量。

2、由于衰变不受温度、压力以及各种环境因素的影响,所以核电池的能量输出非常稳定。

3、选定半衰期长的物质,可实现核电池较长时间的使用,比如旅行者1号用的钚-238,半衰期是87.7年。


核电池的应用非常广泛,在40年前,美国的阿波罗登月中,就使用了核电池在月球上给宇航员供暖,此装置叫做“放射性同位素发热器”。



利用不同放射性元素的性质,可以制造不同特点的核电池,核电池在许多领域都有应用,比如在医学领域,部分人造心脏使用的就是核电池。



市场上还有一种装饰用的“氚气灯”,体积小巧玲珑,利用同位素“氚”的β衰变,把衰变能转化为可见光,实现长达二十多年的持续发光,不过那样的光线非常暗,之前我买过一个,后来不小心弄丢了呢。


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艾伯史密斯


旅行者1号使用的是放射性同位素热电机,即所谓的“核电池”,电力自然是经久耐用。怎么样,要不要给你的手机也来一块?如何给航天器供电可是一门学问。一方面,航天器上允许的载荷是很有限的,电源不可能太过庞大沉重。另一方面,在航天器上进行散热是一个难题。尽管太空中异常寒冷,但是由于太空“太空了”,物体基本只能通过低效的热辐射方式来散发热量。(真空保温杯就是利用的这个原理。)这就意味着,把热机(比如内燃机)搬上太空发电是不太现实的。

早期航天器使用的都是一次性化学电池,这种电池寿命有限,不适合需要进行长期任务的航天器。后来,科技工作者们把目光转向了取之不尽的太阳能。利用外部的太阳能电池板,航天器在太阳附近能获得无尽的电力同时还能节约的内部空间供任务载荷使用,实在是一举两得。然而对于要出远门的旅行者兄弟,太阳能电池板并不是个好的选择。旅行者计划的重点在于探测太阳系的4颗气态巨行星以及之外的星际空间。

在那里,太阳的光辐射功率非常小,即便太阳能电池板的效率能达到100%,为了维持仪器正常工作所需要的太阳能电池板面积也将达到一个天文数字。携带大面积的太阳能电池板显然是不现实的,因此科技工作者们把目光转向了核能,事实证明核能对于深空探索而言,效果是最好的。


深空电报


使用的是同位素核电池,钚-238在不停地进行放射性衰变,产生大量的热,使得钚核心始终处于红热状态。通过热电机效应,热量转换为探测器使用的直流电。下图为卡西尼探测器携带的核电池,旅行者探测器类似,不过没有这个先进。










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