原创《好奇号》核电池解密

 2012-9-15 12:08  1359 21 21 分类: 电源/新能源

好奇号火星车是美国宇航局迄今最为先进的火星车，大小与一辆小汽车接近，以核电池作为动力。好奇号于2011年11月发射升空，预计于北京时间8月6日 13时31分在火星着陆，将首次采用特殊设计的“天空起重机”系统着陆。按计划，好奇号将在火星盖尔陨坑着陆，执行两年的考察任务，探索火星过去或现在是否存在适宜生命的环境。

　以下为美国宇航局官方公布的好奇号核电池工作原理：

　　好奇号火星车的动力是由一台多任务放射性同位素热电发生器(MMRTG)提供的，这台设备由美国能源部提供。这台发电机本质上是一块核电池，它可以将热能转化为电能。它主要包括两个组成部分：一个装填钚-238二氧化物的热源，以及一组固体热电偶，它们可以将钚-238产生的热能转化为电力。它包含4.8公斤的钚氧化物，可以提供稳定的热能用于火星车上供电，并确保好奇号能够挨过火星漫长严寒的冬季。

　　同位素热电发生器在过去很长一段时间内让美国宇航局得以开展太阳系的探测活动。比如飞往月球的阿波罗项目，着陆火星的海**项目，以及飞往太阳系边缘的先驱者和旅行者号飞船项目，尤利西斯太阳探测器，伽利略号木星探测器，卡西尼号土星探测器，以及新地平线号冥王星和柯伊伯带探测器等等，都采用了这种同位素热电发生器。

　　而多任务放射性同位素热电发生器则是新一代设备，专门设计用于在拥有大气层的行星体，如火星上，或者在真空的太空环境中使用。除此之外，它还采用了更加灵活的模块化设计，可以适应多种不同的任务需求，供能相对稳定。这一设备的设计目标包括确保设备的高度安全，优化功能，至少可以保证14年的供能，并在此基础上做到质量最小化。这台设备直径约64厘米，长66厘米，重量45公斤。

　　和这种发电机的之前几代相同，多任务放射性同位素热电发生器同样是由几层保护材料，其中灌装了钚氧化物燃料。这些保护层主要是考虑一旦发生预料之外的事故时可以防止钚燃料外泄，这一防泄漏技术之前都经受过撞击试验。万一火箭发射时出现意外，这些核燃料发生泄漏或者让任何民众暴露于核辐射中的可能性非常低。在发电机中使用的钚燃料和用于核武器中的燃料不同，前者不会发生核爆炸。并且这些核燃料都采用了特殊的陶瓷形态生产，因此不会对人体健康构成重大危害，除非它们发生破碎，成为细微的碎屑或者发生蒸发，然后被人体吸入或吞下。如果好奇号的发射发生意外，人们可能遭遇的核辐射剂量约为5~10毫雷姆，相当于大约一周内人体所受到的自然背景辐射值。一般的美国人每年回受到大约360毫雷姆来自自然界的背景辐射，如氡和宇宙射线等。

　　多任务放射性同位素热电发生器产生的电力用来为两块锂离子电池充电。这些电池将确保在设备运行短时间内超出发电机功率时火星车仍然可以应对此类峰值用电负荷。每块电池的容量是42安培小时，由美国雅得尼技术公司(Yardney)制造。按照设计这些电池将在每一火星日完成一次充电-放电循环