2020-03-09 02:26:13 佚名

余万涵

可以啊，这不已经在中国“探月工程”中实践过了吗？2013年12月，“嫦娥三号”探测器发射升空，并在12月14日成功登临月球，并释放了“玉兔”号月球车，成为三十多年来人类再次访问月球的使者。其中，嫦娥三号探测器和玉兔号月球车都搭载了“钚-238放射性同位素电池”（当然也叫做“放射性同位素热电产生器”或者“核电池”）。2016年8月初，嫦娥三号最终停止了工作，工作时间超出其设计寿命（设计1年使用寿命）约19个月，成为人类史上在月球表面工作时间最长的探测器，并且除了完成既定探月任务外，也验证了包括“核电池”（放射性同位素热电产生器）在内的诸多技术的可靠性。

▲中国“玉兔”号月球车

但是需要注意的是，我们的“放射性同位素电池”技术只是刚刚起步，比如说嫦娥三号和玉兔上的“核电池”仅仅是用作保温热源。嫦娥三号和玉兔月球车还是主要依靠太阳能电池板工作为蓄电池充能，以蓄电池作为其主要能源。虽然月球白天的太阳能非常充沛，但是夜间太阳能电池板就无法工作了，所以设备只能在夜间进入“休眠”状态，这是因为月球夜间的温度能达到“零下180摄氏度”，设备仪器都需要进行保温，否则就可能被超低温损坏，而依靠蓄电池储备的能量既保持设备工作，又为设备提供保温是不现实的（月球的一昼夜大约是28天，一个晚上就是14天左右）。

▲嫦娥三号月球探测器

因为我们的“核电池”技术在嫦娥三号时还处于技术验证阶段，用作主要能源可能风险过大，而探月设备的仪器有需要大量的能源作为夜间保温加热使用，所以我国在嫦娥三号和玉兔车上使用“钚-238放射性同位素电池”作为保温加热电源使用。

▲放射性同位素电池（核电池）示意

关于放射性同位素电池的核材料

其实核电池在美苏两国的航天事业中已经被长期使用，以美国为例，其阿波罗12号、阿波罗14-17号飞船、伽利略号木星探测器、旅行者系列深空探测器、好奇号火星车、卡西尼号土星探测器、先驱者系列行星探测器等都使用了“基于钚-238同位素的温差核电池（RTGs）”，可以说技术储备十分深厚。

▲阿波罗14号宇航员安装了探测装置和其使用的“放射性同位素电池”

当然“放射性同位素电池”除了使用“钚-238”以外，还可以使用“Cm-242”等材料，但是使用“钚-238”有其固有优势，所以美、俄、中等国在大多数情况下都会选择238作为核电池的能量材料。钚-238衰变产生的各种子体几乎没有伽玛射线（相对其他材料来说），所以能够将辐射防护结构设计的尽量简单和轻便；其半衰期也比较适合航天任务（大约88年），使其能够在相当长的时间里为设备提供稳定的电力，以满足任务周期长久的深空探测任务。

▲放射性同位素电池制造后，进行辐射值测量

以目前世界各国的技术来说，虽然“钚-238放射性同位素电池”有诸多优点，但是钚-238本身则是一种非常昂贵且很难制备的放射性元素，高纯度的“钚-238”需要用“镎-237”在反应堆辐照中生产，而"镎-237"又是生产器钚或后处理反应堆乏燃料的副产品。压水堆产生的乏燃料每吨只能生产出不到7公斤“镎-237”，用这些"镎-237"在反应堆辐照中生产“钚-238”时，还得确保“镎-237”是新生产的（避免其衰变产物铀-233的积累污染），同时还得确保用于反应堆辐照的钚-236的纯净度（避免同位素污染）。所以有些时候真别觉得核武器材料有多尖端，整个冷战时期美国生产了大约100吨武器级钚（钚-239），但是只能生产出约0.3吨“钚-238”。所以制造核电池的“钚-238”无论从价值还是制造难度上都远超制作核武器的“钚-239”。而用“钚-238”制造的“放射性同位素电池”的价格基本上都是以“每公斤数千万美金”计算的，堪称天价。

▲装备了核电池的中国探测器

上面基本上已经把相关问题说清楚了，另外虽然在核电池领域我们起步较晚，但是目前“钚-238放射性同位素电池”技术已经经过验证并成熟。前文我们所说的嫦娥三号上携带的核电池只用于保温，而在嫦娥四号上已经装备了用于作为主能源和夜间保温双作用的核电池，使嫦娥四号在夜间不必进入休眠状态，可以依靠核电池提供能量供给设备仪器工作，并提供热量保证探测器处于合理温度。