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“天问一号”探测器来源

浙江省金华武义壶山小学 陈静千

2021-08-15

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“天问一号”探测器的动力来源?

2020年7月23日12时41分,我国首次火星探测任务天问一号探测器在中国文昌航天发射场升空。目前,天问一号飞行状态良好,探测器已脱离地球引力影响范围,进入行星际转移轨道,飞离地球超过150万公里。完成对火星全球进行一次综合性的探测,同时对火星表面展开区域巡视,任务目标将通过轨道器、巡视器完成。天问一号巡视器设计寿命为3个月,那么问题来了,要完成这么多火星探测任务,谁为巡视器提供动力呢?
目前,探测器的动力来源主要是太阳能何核电池。从性能上看,核电池不依赖光照,能够自主产生能量,能量密度大,而且稳定性好,工作时间长。核电池不仅可以为自己保温,还能为仪器供电,持续工作。
为什么天问一号火星车要使用太阳能作为动力来源?天问一号巡视器作为第一个登陆火星表面的中国火星车,采用了太阳能作为能量来源。火星轨道与太阳的距离比火星与地球要远,这说明火星上接收到的光照强度要比地球上接收到的弱得多。而地球轨道上的光强每平方米大小面积上可达到1353瓦的数值,在火星表面,每平方米大小面积上的光强为590瓦,只有地球的40%左右。假如人能站在火星上看太阳,会发现太阳不是那么刺眼。以上数据还是一个平均数,我们仍然需要考虑火星轨道与太阳之间近日点和远日点的差值,综合来看,轨道光强数据在500至700之间,在近日点的时候,光照强度会大一些,如果火星在远日点,就小一些。另一个方面,相比于月球环境,月面接近真空,不存在云层遮挡、沙尘等问题,火星的环境要复杂得多,火星表面有沙尘暴,一次爆发还会持续数周。
核动力或是未来太空探索新趋势,虽然火星上能接收到的太阳光照强度相比地球减弱了很多,但是还是能够支持巡视器完成探测任务。对于太阳系中的其它离太阳更远,或是能接收到的太阳光照更弱的行星,核电池或许是唯一的选择。
例如,距离地球最近的行星是金星,金星表面被浓厚的云层覆盖,可反射掉90%的光照,根本无法获得足够强的光照。目前在金星表面存活下来的探测器最长幸存时间为110分钟,不到2个小时。如果我们要发射探测器在金星上着落,要想长时间存活,还需要靠核电池。如果向太阳系外侧轨道行星进军,我们还将面对辐射环境更加恶劣的木星,在木星轨道上,平均光照强度仅为地球轨道的3.4%,非常昏暗,太阳目视效果会变得更小。如果要在木星的卫星群上软着陆,必然要使用到核电池。超出木星轨道之外的行星为天王星、海王星,要想对这两颗冰巨星及其卫星进行探测,核电池是必不可少的。

 

指导教师:沈丽芝

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