我国的嫦娥三号月球探测器发射在即。为了能够在月球上过夜，嫦娥三号需要长时间经受严寒带来的极大挑战。为了突破这一难关，嫦娥三号将携带核能电池(是一种核动力装置)飞天。如能成功，就将使我国成为继美俄之后，成为世界上第三个将核动力应用于太空探测的国家。

  那么，什么是核能电池？其作用是什么？世界上，对核电池研究、使用情况如何？我国嫦娥三号月球探测器，为什么需要安装核电池？

  核能不仅是核裂变产生的，核衰变也产生核能

  目前，广泛采用核动力是利用可控核裂变反应来获取能量，从而得到动力、热量和电能。利用可控核裂变反应来获取能量的原理是：当裂变材料(例如铀-235)在受人为控制的条件下发生核裂变时，核能就会以热的形式被释放出来，这些热量会被用来驱动蒸汽机，直接提供动力，也可以连接发电机来产生电能。

  但是核能、核动力不仅是靠核反应堆进行的核裂变反应产生能量这一种。核衰变反应也能放出能量，核电池就是基于核衰变反应做成的。核衰变反应远不如裂变那么剧烈(不加控制的裂变就是核爆炸)，释放能量也远不如裂变那么巨大，但也不容忽视，如钚238衰变时，表面温度可以达到五六百摄氏度，足以让钚金属块呈现出炽热的红色。

  什么是核电池？

  核电池，又称原子能电池、同位素电池、放射性同位素发电装置，是指那些使用放射性同位素衰变时产生的能量转化为电力的装置，其装置名称RTG，是“放射性同位素热电发电机”(Radioisotope Thermoelectric Generator)这个词的缩写。(注：同位素是指有相同质子数，不同中子数的原子，如氕与氘互为同位素。核素是指具有一定质子数的原子，是一种具体的原子，如氕或氘就是核素。同一元素的不同核素互为同位素。)

  核电池是通过半导体换能器，将钚238、铀238(放射性同位素)衰变过程中，释放出射线(放出载能粒子α、β和γ粒子射线)的热能，转变为电能。目前，核电池已成功地用作航天器的电源，还用于医学心脏起搏器和一些特殊的军事用途方面。

  2012年8月7日，美国发射的好奇号火星车，顺利抵达火星，其所用的核电池寿命长达14年。

  目前应用最广泛的是温差式核电池和热机转换核电池。

  核电池取得实质性进展始于20世纪50年代，由于其具有体积小、重量轻和寿命长的特点，而且其能量大小、速度不受外界环境的温度、化学反应、压力、电磁场等影响，因此，它可以在很大的温度范围和恶劣的环境中工作。

  由美国密苏里大学计算机工程系教授权载完(音译)率领的研究组曾成功为“核电池”瘦身，所研发出的“核电池”体积小但电力强。他们做出的核电池大小只是略大于1美分硬币(直径1.95厘米，厚1.55毫米)，但其输出能量远比一般化学电池为高，发出的电力高达普通化学电池的100万倍。

  核电池的另一诱人之处是，它比起一般电池有很长的寿命，提供电能的同位素工作时间非常长，甚至可能达到5000年。在不久的将来，只需要一个硬币大小的核电池，就可以让你的手机不充电使用5000年。

  在航天领域，在航天器上，核能往往就是以这种种“微型电池化”的方式被利用的。尤其在外太空行星探测领域中，由于空间探测器远离太阳，难以利用太阳能电池的能量，必须采用核电源。所以，核动力卫星在外行星探测中占据重要位置。

  美国航天器使用核电池的历史

  从上世纪中叶起，美国在 “先驱者”10号、11号探测器，“旅行者”1号、2号探测器，木星和土星探测器中，都使用了同位素温差发电器作为电源。就是因为采用核电源，美国“旅行者1号”行星探测器才创造了世界卫星远航史上的辉煌纪录。目前它是离地球最远(飞行约近200亿公里)和飞行速度最快的人造卫星。它用了36年的时间，飞行到了太阳系的边缘。

  以钚238放射性同位素作热源的同位素温差发电器，曾用于美国“子午仪”号导航卫星、“林肯”号试验卫星、“雨云”号卫星。

  中国在自主研发的核电池上迈出大步

  月球在绕地球公转的同时进行自转，周期27.32166日，正好是一个恒星月，所以我们看不见月球背面。这种现象我们称“同步自转”，几乎是卫星世界的普遍规律。由于月球昼夜要半个月交替一次，温差高达300℃，那里是零下150度到180度，太冷了，月球车上的所有的仪器全部要冻坏。普通电池无法应对。于是我们国家自己研制了原子能的电池。

  据欧阳自远院士介绍，近年来，我国在自主研发的核电池上迈出了大步。我国月球车搭载的核电池，是由中国原子能科学研究院牵头研发的。2008年通过了专家组的鉴定。

  核电池的用武之地不仅仅局限于太空。在高山、深海、南北极乃至人体中到处可以找到它的影踪。心脏起搏器用的核电池重量仅40克，体积很小，寿命可达十年。病人免除了经常做开胸手术的痛苦。在极地、海岛、高山、沙漠、深海等条件恶劣、交通不便的地方都是RTG的大显身手之地。自动无人气象站、浮标和灯塔、地震观察站、飞机导航信标、微波通讯中继站、海底电缆中继站等都可以使用免维护、长寿命的RTG供电。

  据原子能院的官网文章介绍，第一颗“国产”同位素电池的各项指标均超过了预期要求，研制全过程安全无误，功率为百毫瓦级。这将保证中国首次将核能用于航天器。据悉，为了保证着陆器的能源供应，嫦娥三号就是使用了这种原子能电池(RTG同位素电池。

  我国首次实用核电池将随“嫦娥三号”软着陆月球，并用于嫦娥三号的着陆器和月球车上。这种原子能电池可以连续工作30年。

  嫦娥三号比起好奇号，并不逊色

  嫦娥三号比起好奇号，并不逊色！主要是从下面几点比较：

  第一、嫦娥三号与好奇号都采用的核动力。虽然不知道好奇号是直接采用核动力转变成动能还是怎么的，但嫦娥三号采用的核动力电池，是目前核动力小型化的最高的成果，对比好奇号绝对不会逊色，而且嫦娥三号比好奇号体积小，动力装置可能也会更小。核能装置的对比无非就是看小型化程度。

  第二、好奇号要能对抗登陆火星瞬间产生的高温，但嫦娥三号却要对抗月球表面几百摄氏度的温差。相比起来，嫦娥更了不起。对抗高温，对所有发射火箭的国家都面临这个问题，而且好奇号登陆火星时承受的温度相对不算高，飞船返回地球的温度比登陆火星时高得多。嫦娥却是非常了不起，对抗温差300摄氏度，对抗低温零下一百多摄氏度，这是中国的首创。

  第三、嫦娥三号与好奇号降落方式都是软着陆，都是采用火箭发动机反推。这里不得不说美国对好奇号的机构设计更好，因为好奇号更重一些，而且火星的引力更大一些，不过这是反推火箭的问题，而且火箭的推力大小并不是大不了的问题，我们也能做得出来。

  第四、登陆星球不同。其实，登陆月球和登陆火星的难度差别不大，对火箭的大小要求不高，只要达到第二宇宙速度，挣脱地球的束缚，然后关闭发动机，同时保持匀速飞行，都会实现。达到第二宇宙速度的火箭中国早就有了。至于降落地点，对于好奇号、嫦娥三号来说，都是预先选好的，在火星还是在月球降落区别不大，都是地面人为遥控(我们已经有了自己的深空站、网)。距离也不是问题了(嫦娥二号飞行距离已超过了去火星的路程)。

  第五、据欧阳自远院士说，无论是美国的“好奇号”，还是中国的月球车，核电池中使用的燃料都是钚238。钚238的半衰期有80多年。这个时间足够长，使钚238能够支撑电池持续工作几十年。

  虽然“国产”同位素电池的功率与“好奇号”电池的140瓦左右的功率还有距离，但只要研发成功第一颗国产同位素电池，就突破了同位素发电的主要技术难点。今后，如果要做大功率的，只需相应地增加核燃料钚238的使用量。

  所以，嫦娥三号比起好奇号，应该不逊色！《中国青年报》2013.11.15