首页  >  科普与人物  >  航天知识 > 正文

同位素电池成为航天技术进步的重要工具
——同位素电池成为航天技术进步的重要工具

发布日期:2003年04月28日字体: 【大】【中】【小】

    [必威登录平台网讯] 随着对太空开发利用的不断深入,人类需要有—种功率合适、重量轻、寿命长、成本低,且安全可靠的空间能源。同位素电池(又称核电池)在不同程度上满足了这些要求,在某些方面甚至是其他空间能源(太阳能电池、化学电池、燃料电池)无法替代的。鉴于未来航天活动对电源日益增长的需求,同位素电池将成为空间电源最重要的选择。


  放射性同位素的应用是核能利用的一个重要方面。放射性同位素在进行核衰变时释放的能量比一般物质大得多,而且衰变时间很长,如1克镭在衰变中放出的能量比1克木柴在燃烧中放出的能量大60多万倍,其衰变时间长达1万年。因此放射性同位素可以用来制造特种电源——同位素电池。空间同位素电池(如钚-238电池)的特点是:不需对太阳定向,体积小,使用寿命长。同位素电池在外形上与普通干电池相似,呈圆柱形。在圆柱的中心密封有放射性同位素源,其外面是热离子转换器或热电偶式的换能器。换能器的外层为防辐射的屏蔽层,最外面一层是金属筒外壳。同位素电池还有个特点,就是它在衰变时放出的能量大小、速度,不受外界环境中的温度、化学反应、压力、电磁场等的影响。因此,它以抗干扰性强和工作准确可靠而成为电池家族中的佼佼者。


  1969年7月21日,美国宇航员乘阿波罗11号飞船成功登上月球。在阿波罗11号飞船上,安装了两个放射性同位素装置,其热功率为15瓦,用的燃料为钚-238。但是,阿波罗11号上的放射性同位素装置是供飞船在月面上过夜时取暖用的,也就是说它仅仅用于提供热源。所以,该装置又叫做放射性同位素发热器。月球上的一天等于地球上的27天。黑夜的时间占一半,一夜约为地球上的两周。太阳能电池在黑夜期间完全停止工作。与此同时,处于背阳的月面,其温度会急剧下降好几百度,从酷热一下变成了严寒的世界。为了使卫星上的地震仪、磁场仪以及其它机械能正常工作,必须利用余热进行保温。


  在后来发射的阿波罗12号飞船上首次装载的放射性同位素电池——SNAP-27A装置,完全是为了发电用的,它用的燃料是钚-238,设计输出功率为63.5瓦,整个装置重量为31千克,设计寿命为一年,但实际上,其寿命远远超过设计时考虑的一年,并能连续供给70瓦以上的电力,完全符合预期的设计要求。由于这一实验获得成功,后来在1970年发射的阿波罗14号以及随后的阿彼罗15号、16号、17号等飞船上都相继安装了SNAP-27A装置。


  在月球严酷的自然环境(白天温度高达102℃,夜晚温度降至零下150℃,酷热与严寒交织)下,同位素电池仍能正常稳定工作,说明同位素电池具有很高的适应性及生存能力。此外,同位素电池在地球轨道卫星(如气象卫星、导航卫星、通讯卫星)的应用方面也大有潜力。太空中的卫星对电源的要求特别严格,既要重量轻、体积小,能经受强烈的振动,而且还要求使用寿命长。当然,太阳能电池也可以满足这些要求,实际上现在卫星上使用的能源,也主要是太阳能电池。但是,卫星在太空邀游中总不能都迎着太阳飞,要是在阳光微弱或者没有阳光的空间飞行时,譬如说,到火星或木星上去考察,就得背离太阳飞行,太阳能电池就失去了用武之地,这就得依靠核电池提供电源;有的行星的温度低到摄氏零下几百度,见不到一点阳光,这时,太阳能电池也派不上用场,同位素电池则可以一显身手。


  人类的航天活动日益拓展,必然对空间电源提出新的需求,同位素电池成为航天技术进步的重要工具。(李迁)

本文编辑:韩雪莲

分享:
【关闭】 【打印】

必威登录平台☛「官网进入」