中国火星车没有核电池，只能工作3个月？机遇号坚持了15年

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。

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？

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。

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。

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。

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”。

”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。

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？

中国火星车采用正十一烷相变保温，也有劳模潜质

既没有核电池，也没有核热源，中国火星车只能靠自己。仅依赖太阳能电池在白天发的电来维持夜间的温度是不现实的，何况因为天气和尘土的原因，白天的发电量也不稳定。于是我国航天人另辟蹊径，除了使用气凝胶保温材料来减少热量损失外，还采用了一套独创的相变保温系统。该系统以正十一烷为工质，在白天温度较高时，正十一烷吸热熔化，储存热量。到了夜晚，正十一烷凝固所释放的热量又足够保温所需。

正十一烷相变保温系统的集热窗，位于火星车背部

正十一烷相变保温系统使火星车摆脱了对同位素热源的依赖，走出了一条其它国家未涉足过的创新技术路线，十分给力！当然，正十一烷只能保温，不能发电，火星车的供电还是靠大面积的电池板。我国火星车有四块太阳能电池翼，神似一只美丽的大蝴蝶，其中车体两侧的两块可以调节角度，充分利用阳光，最大程度发电。再加上大风除尘机制，相信我国火星车超过3个月的设计寿命，甚至工作几年十几年，都是完全可以期待的。那是不是说，我国可以完全放弃核电池呢？显然不能！

令人期待的中国火星车

放眼未来，核电池仍是必由之路

这次天问一号携带的火星车并不大，不像毅力号之类就是要将火星车送上火星。毕竟我国是第一次正式探火，最重要的使命是收集火星数据，验证软着陆技术，火星车相对而言是个锦上添花的附加题。

但在将来时机成熟时，很可能也要发射自己的大型火星车。像毅力号这种长达3米，重达1吨的火星车，科学载荷众多，耗电量巨大，必须有稳定的电力供应。即使有正十一烷相变保温系统可以解决过夜问题，用太阳能电池板却难以解决电力供应问题，如果强行使用，太阳翼的面积将非常大，对火星车的设计造成难以克服的困难。况且还只能“看天吃饭”，对于耗资巨大的大型火星车来说，是不敢冒这个风险的。

毅力号这样的大型火星车耗资巨大，载荷众多

我国在1970年代就成功研制了1.4瓦的核电池，但在这方面的技术储备比起美俄要差得多。在航天领域，嫦娥三号首次使用了同位素热源，嫦娥四号才首次装备核电池，但发电功率只有2.5瓦，比起好奇号的125瓦要小得多，这还是得到了俄罗斯的技术支持才实现的。不过我国的科技发展日新月异，只要有需求，相信突破核电池技术是迟早的事儿，到那时我们自己的大型火星车漫游火星就指日可待了！