為什么中國的火星車不像“好奇號”一樣采用核電池？核電池因為長壽命、結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好、兼具保溫、不依賴陽光等優(yōu)點，更適合于長時間、連續(xù)、長機動距離的地面探測任務(wù)或深空探索任務(wù)，同時也是深空探索的趨勢 。中國嫦娥任務(wù)采用過，這次火星車沒用是因為......其實，中國在嫦娥4號探月任務(wù)中，就首次使用了同位素溫差電池，這也是我國首個在航天器上成功應(yīng)用的同位素電源，也就是你所說的核電池 。（當(dāng)然嫦娥3號也使用了同位素?zé)嵩矗饕怯脕淼挚乖铝?180℃的低溫） 。核電池也分好多種我們知道，核反應(yīng)主要有3種，核聚變、核裂變、核衰變，嫦娥4號與美國的“好奇號”所使用的同位素溫差電池利用的就是放射性錒系材料（钚238）的核衰變能量 。那有人就說了：既然有核衰變電池，那是不是有核裂變電池、核聚變電池？核裂變是有的，比如很厲害的KiloPower 。這也是未來建立月球基地、火星基地在能源方面的明星方案，主要提供千瓦級以上的功率，這個以后再單獨講吧，核聚變電池，鬧呢！核聚變都還沒搞成呢！什么是同位素溫差電池？就核衰變能量的利用方式的不同，核衰變電池又可分為熱電式、輻射伏特效應(yīng)式、壓電式、閃爍中間體式 。具體來講，這些分類就是對核衰變產(chǎn)生的子核動能（熱量）、阿爾法粒子、貝塔粒子以及伽馬光子的利用來分類的 。同位素溫差電池利用的就是核衰變產(chǎn)生的子核動能（熱量），利用溫差電材料的熱電效應(yīng)將熱變?yōu)殡姡@是最近40年主流的核電池技術(shù)，又被稱為放射性同位素?zé)犭婋姵兀╮adioisotope thermoelectric generator，RTG），是靜態(tài)的發(fā)電裝置，具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、生存力強、質(zhì)量比能量高、壽命長等特點 。利用阿爾法衰變材料作為熱源的同位素溫差電池通常使用钚-238（二氧化钚-238），（钚-238是一種人工核素，其化學(xué)性質(zhì)有劇毒，其半衰期為87.7年，很適合用于深空探索，理論上，每千克钚238自然衰變可產(chǎn)生568瓦的熱量，如果其熱量全部轉(zhuǎn)化為電能，還是非常可觀的，但受制于材料的純度、熱電轉(zhuǎn)換的技術(shù)等因素，實際效率通常不超過6% 。第一個钚源于1959年在墳堆（Mound）實驗室被制備出來，這個實驗室位于美國俄亥俄州邁阿密斯堡，是美國原子能委員會(后來成為能源部)在冷戰(zhàn)期間進行核武器研究的機構(gòu) 。利用貝塔（β）衰變材料作為熱源的同位素溫差電池通常使用鎳63、鍶90、釔90等核素，它們主要發(fā)射貝塔粒子，其發(fā)電量相對較小，常用于微機電系統(tǒng)的電源 。原因之一：功率太小、效率太低，無法滿足用電需求我們先來看看嫦娥4號身上的同位素溫差電池到底是個什么水平？根據(jù)相關(guān)資料，嫦娥4號使用的這塊電池重7千克，功率3.2~3.5W，這是個什么概念呢？這就和你夏天所用的手持小電扇功率差不多 。如此小的電功率無法支撐起其科學(xué)載荷的用電需求（主要用這點電測了一下月夜的最低溫） 。作為對比，好奇號的核電池重45千克，功率為110W 。根據(jù)前面的钚238的理論產(chǎn)熱數(shù)據(jù)：嫦娥4號的這塊電池，其熱電轉(zhuǎn)換率僅為萬分之8.8 。好奇號的核電池，其熱電轉(zhuǎn)換率為千分之4.3 。也就是說其效率提高了近50倍 。當(dāng)然這個數(shù)據(jù)只是一個參考值，因為電池的重量不代表電池電芯中钚238的重量，所以實際的能量轉(zhuǎn)換率肯定比這個要大，但這一數(shù)據(jù)也反映了綜合的工藝技術(shù)，差距還是很大的，因為電池核心的材料都是钚238，差距的關(guān)鍵就是溫差發(fā)電模塊的差距了 。原因之二：先期實驗?zāi)康囊呀?jīng)達到短時間內(nèi)我國的同位素溫差電池還處于研制試應(yīng)用階段，其功率還達不到實際應(yīng)用的水平 。月球上的晝夜溫差能達到300度，最低溫度約零下180度，火星晝夜溫差在120度，最低溫度通常在零下85度，因為我國研制的同位素溫差電池已在月球上進行了驗證，而月球上晝夜溫差相比于火星更加嚴苛，所以再大老遠的把電池運到火星上測試就顯得沒那么必要了 。原因之三：任務(wù)目標(biāo)需要的用電和機動性不同雖然太陽能電池的功率質(zhì)量比以及使用壽命現(xiàn)階段與同位素溫差電池差距不大，但其巨大的占用面積是其最大的短板，這在一定程度上影響了科學(xué)載荷的配置和使用的靈活性以及整車的機動性 。任務(wù)的設(shè)計機動性和機動距離一種程度上決定了供電方式：“好奇”號于2012年8月5號登陸，于2016年9月24號結(jié)束擴展任務(wù)，設(shè)計任務(wù)時長超過4年，在火星上執(zhí)行任務(wù)的距離為13.93公里，雖然好奇號的整車質(zhì)量達到了899千克，屬于重型科研平臺，但其平均時速達到了9米/每火星天，是跑得最遠的機遇號（約43公里）時速的3倍，機動性顯然更強 。而在2018年5月發(fā)射的洞察號，因為其是作為一個固定的著陸器研究火星核心、地幔和地殼等內(nèi)部要素的演化，不需要進行機動，說白了就是落地就安家的那種，所以它并沒有配備同時期使用率很高的同位素溫差電池 。而天問一號火星車作為首次降落火星執(zhí)行地面探測任務(wù)的設(shè)備，執(zhí)行任務(wù)的時長較短，計劃于2021年4月23日降落火星，并進行為期3個月的探索，從保守的角度講，雖然并沒有任務(wù)設(shè)計機動距離的相關(guān)數(shù)據(jù)，但結(jié)合嫦娥系列任務(wù)的機動距離數(shù)據(jù)（玉兔二號行駛了463.26米）和火星車的實車結(jié)構(gòu)來看，顯然它也并不需要做很長距離的機動 。任務(wù)的用電需求也一定程度上與電池相互制約：好奇號全車重量達到899公斤，與NASA此前登陸火星的機遇號和勇氣號相比明顯個頭更大，攜帶了更多更為先進的科學(xué)載荷（共10套），包括了多種使用激光進行工作的大功率耗電設(shè)備，其核電池一個火星天可以連續(xù)充電提供2.8度電 。是使用太陽能電池板供電的機遇號和勇氣號的大約3倍 。直到今天仍然在火星上工作，實際供電超過了8年 。根據(jù)NASA的數(shù)據(jù)，好奇號火星車在執(zhí)行任務(wù)的第5年，仍然未見明顯的能量衰減 。這是一個相互制約的關(guān)系，當(dāng)然還是以科研任務(wù)為主線，天問1號火星車全車重240公斤，攜帶6種科學(xué)載荷，且多為各種相機和被動分析設(shè)備，能耗不高，所以可以采用太陽能電池板供電 。期待中國核電池的發(fā)展就像本文一開始所說的那樣， 核電池的優(yōu)點顯而易見，它穩(wěn)定緊湊，不受陽光的影響，可以連續(xù)供電，適合于深空探索，中國的核電池能源這塊也是與中國航天事業(yè)的發(fā)展同步的，現(xiàn)在我們有了行星探測計劃，有計劃就有需求，才會推動發(fā)展，相信隨著中國深空探索任務(wù)的不斷增多，中國在核電池領(lǐng)域?qū)焖偾斑M 。rr應(yīng)該是降低風(fēng)險，減少不可控因素吧從技術(shù)難度上講，我國給火星車配備核電池問題不大，畢竟核電池誕生已經(jīng)超過60多年了，我國之前的嫦娥四號和玉兔二號就已經(jīng)采用核電池技術(shù) 。而且即使有困難，在這領(lǐng)域還有個幫手，那就是俄羅斯 。老毛子是玩核電池是個行家，現(xiàn)在核電池最主要燃料钚-238大多是俄羅斯生產(chǎn)的，純度高，價格便宜，美國之前新視野號探測器的钚-238也是從俄羅斯那里買的 。嫦娥四號和玉兔二號從攜帶能力上看，問題也不大 。我國計劃的火星車設(shè)計重量是200公斤，雖然遠不如好奇號的899公斤，但是已經(jīng)比玉兔二號的135公斤重了不少 。既然玉兔二號能帶，火星車也沒理由不能帶 。好奇號火星車所以跟重要的原因還是為了降低技術(shù)風(fēng)險把，核電池雖然難度不大，但是整套系統(tǒng)還是蠻復(fù)雜的，石墨殼包裹放射性原料，再經(jīng)熱-電轉(zhuǎn)化裝置轉(zhuǎn)換成電能，收集的電能再儲存在鋰蓄電池里 。這樣一套系統(tǒng)在著陸時還要承受巨大沖擊力考驗，對于第一次進行火星探測和著陸的國家來說，還是有相當(dāng)風(fēng)險的 。特別是今年以來，我國長征系列運載火箭罕見的出現(xiàn)連續(xù)兩次發(fā)射失敗情況，充分說明我們自身還有很大不足，絕對不能自大冒進 。好奇號的核電池單元美國的好奇號火星車，已經(jīng)是美國第三代火星車了 。雖然美國早在阿波羅登月的時代就開始在航天領(lǐng)域應(yīng)用核電池，但是其1997年的火星探路者號和2004年的精神號，都沒有采用核電池，還是太陽能電池板，人家也是積累足夠經(jīng)驗后再加以應(yīng)用的 。這方面不要學(xué)印度，最后反而丟臉丟大了 。NASA的三代火星車，從小到大分別是火星探路者號、精神號和好奇號并且好奇號和玉兔二號之所以帶核電池，都有其特殊情況，不得不需要核電池 。好奇號因為很大，其攜帶科學(xué)儀器又很多，所以耗電量大，太陽能電池板遠遠無法滿足工作需要 。月球因為沒有大氣，月夜溫度達到零下180℃且時間長達13天，探測設(shè)備沒有保溫的話會損壞 。相比較下，火星因為有大氣，夜晚溫度約零下80℃，自轉(zhuǎn)時間只比地球多37分鐘，所以可以不需要 。