火星车|为何“天问一号”火星车不像“好奇号”一样搭载核电池？探测器|深空探测

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今年7月23日，我国第一个火星探测器－“天问一号”在海南文昌成功发射升空，预计于明年2月份到达火星进入火星运行轨道，此后环绕火星再运行两个多月的时间。在这两个多月的时间里，探测器将先后开启若干有效载荷，对火星的表面进行认真深入地监测和分析，从而选择合适的降落地点和降落时机，从而确定最终的探测器与着陆器分离的着陆窗口，届时，着陆器将搭载着火星车开启非常具有纪念意义的着陆征程。
在天问一号火星车上，搭载着众多有效载荷，比如多光谱相机、次表层探测雷达、表面磁场探测仪、地形相机、表面成分探测仪、气象测量仪等，在火星表面工作期间，可以全方位、立体化地呈现火星表面的地球地貌特征，监测分析火星土壤组成、磁场及分布情况、火星表面的气象环境、表面冰层结构、探测到表面以下10-100米内部结构等。于此同时，为了提高火星车在工作期间的“自主探测与调节”能力，还为其配备了路径规划、障碍物识别等环境感知功能。 “天问一号”探测器及其搭载的火星车，将成为世界上第一个集“环绕监测、着陆和巡视探测”三大功能于一体的综合性探测器。
从已公开的资料来看，天问一号火星车的能源输入依靠的是4片太阳能电池板，通过将太阳能转化为可供各种载荷使用的电能。而对比之前美国“好奇号”、以及我国在探月工程中嫦娥4号中所使用的能源获取方式，使用的都是同位素差电池，也就是利用放射性材料在核裂变过程中所释放的能量，驱动具有温差电材料产生热电效应，从而实现将核能转化为电能的目的。与传统的利用太阳能板获取能量，这种核电池具有质能比高、耐受度强、寿命长等优点，那么为何我国此次在“天问一号”火星车上没有搭载这样的核电池呢？
【火星车|为何“天问一号”火星车不像“好奇号”一样搭载核电池？】
我们在判断一件事运用哪种方案，一般情况下取决于工作目标的选择、经济性和安全性这三大因素， “天问一号”火星车之所以没有搭载核电池这种方案的确定，也离不开这三种因素的影响，下面逐一简要分析一下。
从工作目标上看， “天问一号”火星车与“好奇号”既有相同性，也有不同性。相同性体现在都是为了实地探测火量表面的地形地貌、自然环境以及土壤组成等研究目标，不同性体现在任务的工作量和机动性上。 “好奇号”在设计时，其预定的工作时长达到了4年之久，而且需要不定期地变换工作所在地点，所以搭载的核电池重量非常重，这样才能够支撑其工作任务和随时移动较长距离所需。从我国的“天问一号”火星车来看，其预定的执行任务时间仅有3个月左右，需要行进的路程不是太长，再加上我国的火星车总重量与“好奇号”也相差较大，这些因素决定了我国火星车上的供电可以采用太阳能供电模式。
从工作的经济性来看，以放射性物质钚－238为“燃料”的同位素温差电池，由于其半衰期长达80多年，因此适合距离地球较远的深空探测，理论上钚－238的能量转换效率是比较高的，但是由于电池技术、材料的纯度、热电转换附加装置等方面的限制，实际上能量的转换效率较低，甚至很难达到10% ，如果要使用这种电池进行长期的深空探测，就必须在增加电池重要上下功夫，也就是要携带足够多的放射性物质－钚238 ，那么无疑会大大增加发射的成本，同时也加大了火星车的荷载，对于工作时间不太长的探测任务，比如我国即将登陆的火星车，则没有必要非得远用核电池， 4块太阳能板就已经能够支撑6个主要载荷设备正常工作了。