話說，火星上的“機遇號”探測器，花邊新聞可真不少，原因是NASA不斷放出新聞，今天說它遇到沙塵暴，得不到足夠的陽光導致電力不足，怠工；過段時間又說它正在獲得越來越多的陽光，但因為太陽能面板上的塵埃太多需要清除，怠工……

瞧，這就是太空探索使用太陽能的局限，那么，如果使用核能呢？

最成功的典范

一想到外太空的能源獲取，不少人第一個想到的是外太空沒有大氣層遮擋，陽光猛電力足，但是，如果我們仔細分析，在宇宙探索上，核能實在是要比太陽能優(yōu)越得多！

　　
上圖是從各大行星上觀看太陽時，太陽的視角大小對比。可以看見，在火星上還好一些，太陽并不比從地球看上去小多少，但是如果想在探索土星、天王星、海王星還有冥王星的時候使用太陽能，不是說不可以，而是難度實在是太大了，幾乎沒有可行性。

怎么辦？難道人類的太空探索只能局限于水星、金星和火星？顯然，這是不可能的，而此時，核能的使用已經(jīng)不再是一個可選方案，它是一個必選方案。

實際情況也如此：

探索冥王星的“新視野號”也使用了核電池

　　
除了以上探測器，使用核電池的探測器還有旅行者1號、旅行者2號、尤利西斯號，還有好奇號火星車等等。

旅行者1號1977年9月5日發(fā)射升空，至今已飛行38年多。2015年，旅行者1號距離地球超過199億千米，這相當于地球到太陽的133倍。

如果您能從旅行者1號上看太陽，您會發(fā)現(xiàn)，太陽的亮度已經(jīng)跟一顆普通的星星沒什么區(qū)別了。此時，旅行者1號周圍是一片黑暗的太空，無法獲取太陽能。

按照NASA的說法，旅行者1號已經(jīng)離開太陽系。信號雖然以光速傳播，但從旅行者1號上傳到地球也需要18個半小時，即使如此，它也還在不斷地為人類送來太陽系邊緣的信息，這種狀態(tài)將持續(xù)到2025年，直到它上面的核電池不再工作。

從1977到2025年，這期間足足48年，接近半個世紀，如此漫長的工作時間，除了核電池，還有什么電池能代替它呢？目前沒有。

核電池與核電站的區(qū)別

核電站發(fā)電，核電池也發(fā)電，兩者有何區(qū)別？

區(qū)別一：
 

　　
核電站的反應堆，里面主要進行的是裂變反應，也就是在一個中子的轟擊下，鈾235分裂成兩個中等大小的原子核，并放出兩到三個中子。
 

　　
核電池主要使用钚238，通過钚238的自身衰變，放出阿爾法粒子 ，并產(chǎn)生熱量，這熱量被用來發(fā)電。
 

钚238的氧化物：二氧化钚

钚238

　　
钚是第94號元素，它是自然界中天然存在的質(zhì)量最重的元素，比鈾還要重，其穩(wěn)定的同位素是钚244，半衰期大約是八千萬年，微量存在于自然界。

而钚238的半衰期為87.74年，衰變時釋放阿爾法粒子，同時放出大量熱，這使得即使它的量很少，钚238在某些條件下也能自燃。
 

钚能自燃，這使它看起來就像一塊還在發(fā)光的余燼。（圖片來自美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室）

　　
1千克钚238的熱功率相當于一個功率為570瓦的電爐，且持續(xù)時間以數(shù)十年計，從不間斷。

例如，好奇號上采用的核電池，也是利用钚-238，在任務初期可以在任何狀況下穩(wěn)定地提供大約125瓦的功率輸出，而14年后功率還可以保持在100瓦左右。

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區(qū)別二：
 

　　
核電站中裂變產(chǎn)生的熱，是通過冷卻劑循環(huán)把熱量帶出來，接著冷卻劑加熱第二回路的水，產(chǎn)生高溫蒸氣沖擊汽輪機并發(fā)電。而核電池是采用熱電效應來發(fā)電，我們先來演示一下熱電效應：
 

兩個杯子，左面的裝著冷水，右邊的一會兒加入熱水

把熱水倒入右邊的杯子中，然后……

電風扇開始轉動了。

　　
金屬中都有自由電子，而自由電子具有的能量和速度各不同。

那么，什么因素能決定電子的能量和速度？熱是一個重要的因素之一，當金屬導體的兩端有溫度差異時，電子更容易從熱的那一端“擴散”到冷的那一端，從而形成電壓，這就是熱電效應。
 

熱電效應簡單示意圖

“卡西尼－惠更斯號”上的核電池

　　
1997年10月升空的“卡西尼－惠更斯號”，攜帶有3塊核電池，燃料為钚238，它被制成二氧化钚的陶瓷壓塊，1997年時可提供880瓦的功率，十多年后，也就是2010年，該核電池還能提供670瓦的功率。
 

圖為旅行者1號上的核電池，中間暗紅色的部件為二氧化钚。

　　
圖為登月宇航員艾倫·賓從阿波羅12號上取出核電池的畫面。實際上，從阿波羅12號，一直到阿波羅17號都使用了核電池，型號為SNAP-27。
 

　　
這是被遺棄在月球上的核電池SNAP-27，使用了3.8千克的钚238，熱能功率達1480瓦，轉化的電功率為73瓦。

核電池熱電轉化率不是很高，然而，核電池也不光只可以用來發(fā)電，尤其是在月球上，長達半個月的黑夜，其溫度可達零下兩百多攝氏度。而核電池提供的熱能可以使航天器上的某些敏感部件經(jīng)受住低溫的考驗。
 

　　
登月時，美國人把5塊核電池留在了月球表面，另一塊再入地球時，落入太平洋6100米深的海溝里。

兩相對比，還是留在月球上的好。月球上沒人，等以后月球住滿人時，這些核電池肯定早就衰變得差不多了。

另外，我們還可以暢想一下，下一個最可能載人登月的國家，中國可能性最大。到時，我國航天員無聊的時候可把這些核電池收集起來，暖腳，或者……
 

　　
去年上映的《火星救援》，里面的男主角也是在火星上挖出了以前被埋在火星上核電池取暖，這才得以駕車遠行的。
 

　　
左起第一個為機遇號火星車，第二個像一個玩具車，它是探路者號，中間為工程師，最右邊的是好奇號火星車，好奇號沒有使用太陽能面板，依靠核電池供電，你瞧它那塊頭！
 

　　
核電池讓好奇號擁有充足的能源，使它得以發(fā)射激光融化巖石以供研究。 從1961年核能第一次應用于太空，到現(xiàn)在已有半個多世紀，如今，人類在太空探索中正越來越多地利用核能。未來，人類若想在太空探索上取得更多的進步，或者說若想沖出太陽系，遨游并探索外面的精彩宇宙，那么核技術和核能將是一個必選的方案。

也許這就是事實，靠山吃山離不開山，靠海吃海離不了海。

擺脫不了對陽光的依賴，又怎能沐浴在另一顆恒星的陽光下？