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核动力比起太阳能好处多多,“天问一号”为什么还要使用太阳能?

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综述

人类在几千年前发展出了文明,开始迈入社会建设当中,然而由于封建主义制度对底层人民的压迫,金字塔式的生存状况使得大多数人都是“汲汲于生,汲汲于死”,生存的艰难压在了他们的头顶上,其他任何的困难都不足以抵得过活下去的挑战。

直到工业革命以后,西方的资本主义萌芽,商人们开始忙于赚钱,底层人民将劳动力作为商品,贩卖出自己的一份口粮。

尽管资本家自古以来都以剥削劳动人民为获取资本的手段,但是他们所支付给劳动者的微薄利益仍然能够令后者维持生活,保持较为平稳的社会秩序。

于是,在满足了人们最基础的温饱问题背景下,越来越多的人不愁吃喝,自然就能够花费更多的精力投入在其他方向的需求上,比如学习需求、发展需求等等,再加上以往的科学家们长期探寻的理论知识基础上,人们在近现代几百年的时间进展迅速,爆发出了大量的先进科技技术和相关产品。

比如在以前,古人还只能用眼睛去“夜观天象”,用星辰变化来预示祸福凶吉,并且对于世界上很多现象都懵懵懂懂,以为是神秘的神仙所做出的迹象。

到了上个世纪,成熟的火箭技术从战败德国的手中被转移到了美苏,后面这两个国家相较来说势均力敌,彼此都有的原子弹技术也让他们轻易发动武力战争,于是只能在其他的领域称霸,用来向全世界表现出国家的实力。

60年代时期,美苏就太空领域技术展开了竞争,也因此研发出了至今受益的先进技术,同时开拓出了太空技术的大体发展方向,为后来包括我国在内的许多国家扫清了障碍。

其中除了卫星技术、载人飞船等等,探测器也是人类使用最广的太空技术之一,我国太空领域发展时间比美苏稍微晚一些,但也一直奋力追赶,到了如今已经望其项背,并预计将在2030年实现探测器火星采样的计划。

天问一号

事实上,我国早在2009年及之前就计划发射探测器,对火星进行相关的研究和探测,但是由于当时技术水平发展比较低,无法实现这一计划,因此只能寻求国际合作,希望将我国第一颗火星探测器——“萤火一号”搭乘俄罗斯火箭前往火星。

然而在2009年,因为技术等原因,“萤火一号”火星探测器并未发射,而是推迟到2011年,于是2011年11月8日,在人们的祝福和期望中,“萤火一号”飞入太空,但最终并未能成功进入火星,也就代表着其任务失败。

从1962年苏联发射“火星一号”探测器开始,一直到如今2021年,火星一直被称为是探测器的“坟墓”,全世界大概有2/3飞向火星的探测器都最终失败,投入的巨大资金和技术打了水漂。

因为火星不似月球,距离地球十分遥远,有着轨道、角度、距离、能源问题等等各种需要科学家解决的难题。

我国在2016年宣布将要在2020年发射火星探测器,并在2030年实现火星采样计划,而事实也正如我国所预计的那样,2020年7月23日,“天问一号”探测器携带着中国任务被发射升空,这一次并没有失败,甚至在2021年向遥远地球上的中国发送了三幅火星高清图像,同时在5月15日顺利抵达火星地面。

我们都知道,想要探测器在太空中正常运转,执行人类发布的任务,其中最关键的就是能源问题,只有源源不断的能源才能保证探测器一直工作下去。

通常而言,探测器主要采用的是两种能源方式,一种是太阳能,另外一种就是核动力,我国的“天问一号”探测器使用的就是太阳能。

这两种能源有什么区别呢,天宫一号为什么要选择太阳能呢?

太阳能

太阳能,顾名思义,就是利用太阳光线进行发电,用来提供能源的方式,这其实也与核能有一定的关联,因为太阳就一直处在核聚变的运动当中,时刻在爆发巨大的能量。

只是地球所接收到的太阳能量有限,只有后者的22亿分之一,但这样看似微弱的能量对于地球而言也是非常强大的,足有173000太瓦,带给了地球充足的阳光。

事实上,从1615年第一台太阳能驱动发动机开始算起,人类真正将太阳能作为动力使用的历史仅仅只有300多年的时间,而直到上个世纪70年代,相关的科技才发展起来,成为了人类逐渐重视的能源。

尽管太阳能还有着很多的缺点,比如成本较高,转换效率目前而言普遍较低,而且依赖于天气和地理位置,但是随着地球资源的不断开发,自然环境逐渐恶劣,以及越来越严重的温室效应,发展更加清洁安全的能源已经迫在眉睫,太阳能必然将是未来人类的能源方向之一。

核动力

核动力就是直接利用可控的核反应来获取能源的方式,转化的方式通常是将核反应堆——铀-235在可控的情况下进行核裂变的反应,从而产生出热能,再将其作为蒸汽机的动力,从而链接发电机进行发电。

已知的核反应有两种,一种是核聚变,另外一种则是核裂变,然而由于人类相关技术发展时间还比较短暂,我们当前只是掌握了核裂变,能量更加巨大并且更加安全的核聚变距离人类完全掌握尚且还有一段距离。

核动力在当今社会已经得到了较为广泛的应用,比如西方许多国家的电能都有一部分来自于核动力,但这项技术并不是十分安全可靠,它们长达几十年的极其危险的核辐射,以及大量存在核辐射的固体废料成为了许多人反对核动力的原因。

比如在1986年4月26日,前苏联乌克兰切尔诺贝利核电站发生爆炸并泄露,成为了迄今为止最严重的核电事故,所释放出来的核辐射甚至比投放在日本的原子弹威力还要超过400倍。

到2006年为止,20年来因为切尔诺贝利核电事故而死亡的人数高达9.3万人左右,并且有27万人因此而患上癌症,对人类的影响是长久的。

尽管核动力的潜在危害巨大,但它的好处也是十分明显的,尤其是在宇宙航行当中,并不是任何一个地方都能够获得充足的太阳能,比如在大气层十分浓密的金星,比如驶向太阳系外的旅行者号等等,这些都必然要面临着太阳能微弱,甚至无法接收到太阳能的问题。

并且由于目前人类的科技限制,我们所发射的探测器都有体积、重量等要求,所需体积更小、重量更小的能源电池必然也会更占优势。

再加上放射性同位素衰变所释放的能量大,时间长,也就能保证探测器能够工作更长的时间,发挥更大的作用。比如在太空中航行了44年的旅行者号所用到的就是核动力,又比如2012年,美国“好奇号”探测器来到火星,它用的是也是核电池,能够使用十几年的时间。

事实上,火星距离太阳比地球稍远,稀薄的大气固然无法阻挡阳光的照射,但由于高空尘埃的影响,也有相当部分的太阳辐射被反射或者折射到太空环境当中,并没有落入火星地面。

跟地球相比,火星上的太阳辐射强度只有后者的40%,更别说到了火星轨道的远日点,所接收的光照将会更加微弱。

同时火星常常会有沙尘暴出现,这些尘埃会极大地影响太阳能电池的使用效率和寿命,在尘埃的覆盖下,太阳能电池板2到3年的时间就会由原本的转化效率下降到大概40%。

这样看来,不受太阳光线和沙尘暴影响,而且使用时间更加长的核动力显然更加优秀,为什么我国“天宫一号”探测器却依旧要选择太阳能呢?

为什么要使用太阳能?

首先,核动力确实是适合太空航行的能源,只是我国的核电池虽然有了一定的突破,但是发展尚且没有成熟,与美国已经较为稳定的核电池技术还有一段距离。

比如我国在2018年发射的嫦娥4号就用上了核电池,但因为技术原因,核电池的功率只有3W,转化成为电能的效率也仅仅只有1/1000左右。

然而2012年时期的美国“好奇号”火星探测器的核电池功率就已经高达100W,转化率也有4.3%,足以说明我们与美国之间相差多远。

同时核电池的危害哪怕是在太空中也是存在着的,火星距离地球太遥远,发射过去的探测器将在未来很长一段时间都不能进行回收,一旦探测器上的核电池发生泄露,就将会对火星的环境造成污染。

也因此,我们不能只顾着追求探测器的能源完美,从而将发展未成熟的核电池使用到实际应用中,而是选择采用了虽然并不稳定,但是更加适合我国当时发展水平的太阳能。

结论

尽管我国与美国的核电池技术相差甚远,但是我们也并非是一味求成的国家,我国一直以来不管是在什么领域发展,都讲究脚踏实地,稳步前行,常常分成三步进行逐步突破。

我们也相信,或许在未来的某一天里,我国将会研发出更令人满意的成果,将会距离太空时代更进一步,带领中华人民领略太空的浩大。

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