再过两三个月 ， 天问一号就将挑战火星软着陆 ， 并实现火星表面漫游 。 它携带的火星车重约240公斤 ， 采用太阳能电池板发电 ， 设计寿命3个月 。 相比之下 ， 美国的好奇号以及最新的毅力号都安装了核电池 ， 而好奇号在火星上工作了8年仍然精力旺盛 。


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天问一号携带的火星车
不少网友对此耿耿于怀 ， 认为我国在这方面与美国差距太大 。 现实果真如此吗？恐怕未必 ， 例如同样没有核电池的机遇号（有同位素热源）就在火星上兢兢业业地工作了15年 。 核电池真的有那么重要吗？我国火星车能否像机遇号那样远远突破设计寿命 ， 当一回火星劳模呢？


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使用太阳能电池板供电的机遇号
核电池：又能保温又能发电
核电池又叫同位素温差电机 ， 它利用放射性同位素的衰变热 ， 通过热电偶等热电转化器件来发电 。 由于放射性核素衰变是自发行为 ， 不依赖任何外部条件 ， 做成同位素热源或电源后 ， 可以在没有阳光的条件下工作 ， 为航天器提供必要的热量和电力 。 例如在寒冷漫长的月球黑夜、或是远离太阳的深空 ， 以及在光照不足而又尘土飞扬的火星表面 。


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正在发热的放射性同位素
核电池最理想的原料是钚238 ， 它只发生阿尔法衰变 ， 产生的阿尔法粒子用一张纸就能挡住 ， 非常安全 。 钚238半衰期86.4年 ， 需要在特殊的反应堆内用中子轰击镎237来获得 。 核热源和核电池在美国各类航天器上的应用很广泛 ， 最著名的就是好奇号和毅力号火星车 。 其中好奇号的核电池重达几十公斤 ， 装有钚238氧化物4.8公斤 ， 初始电功率125瓦 ， 工作8年后仍然超过110瓦 。 除了发电之外 ， 核电池的热量还用于火星车在夜间的保温 ， 防止电子设备罢工 ， 一物两用 ， 非常理想 。


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好奇号携带的核电池
那么 ， 如果没有核电池 ， 火星车就不能长期工作了吗？很多人持这个观点 ， 因为没有核电池就只能用太阳能电池板 ， 火星上的光照强度只有地球的40% ， 电池板要做得很大 ， 在火星冬季还会供电不足 。 即使电池板功率足够 ， 还得考虑火星上灰尘很大 ， 有时还有沙尘暴 ， 太阳能光伏电池板一旦被遮盖 ， 发电效率就会大大降低 ， 甚至失效 。 另外火星夜间温度会低到零下70多度或更低 ， 没有了核热源 ， 如何保温也是大问题 。


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火星上暗弱的阳光
不过 ， 凡事都无定论 ， 采用太阳能光伏发电的火星车 ， 未必就只能抗几个月 ， 最典型的就是2003年登陆火星的美国机遇号火星车 。
太阳能电池板不行？看看百折不挠的机遇号
机遇号的重量大约是180公斤 ， 体型与中国火星车差不多 ， 甚至造型也差不多 。 它的电力来源就是靠太阳能 ， 不过也携带了一个同位素核热源 ， 这样就解决了夜间保温问题 。 机遇号的设计寿命也是三个月多点儿 ， 然而在不被看好的情况下 ， 机遇号的表现大出人们的意料之外 ， 在克服了诸多困难后 ， 竟然在火星上工作了15年 ， 堪称“车坚强” 。


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”火星劳模“机遇号
太阳能电池板在漫长的时间里确实遇到了尘土遮盖 ， 经常造成机遇号的电力供应下降 ， 严重的时候甚至会导致休眠 。 不过火星上不只有尘土 ， 还有风 。 一次大风经常能意外地清除电池板上的灰尘 ， 使发电功率明显上升 ， 例如2007年4月刮了几次大风 ， 将机遇号的电力供应几乎提升到了刚着陆时的水平 ， 但随后6月份的一场沙尘暴又使其停止工作达两个月之久 。


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凶猛的火星尘暴
火星大风除尘机制的存在大大延长了火星车的寿命 ， 这对我国火星车来讲是个好消息 。 机遇号就是在遮盖——除尘——再遮盖的循环中坚韧前行 ， 行驶距离超过45公里 。 直到2018年 ， 一场席卷整个火星的沙尘暴使机遇号永久失联 ， 至今也没有抢救回来 。 机遇号用15年的光荣历程告诉我们 ， 太阳能电池板在火星上并不是一无是处 ， 但机遇号有同位素热源加持 ， 中国火星车并没有 ， 它能不能像机遇号那样超期服役十几年呢？

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