燃烧电池:太空短期旅行“最佳拍档”
时间:2022-07-07 07:24:38 来源:科普之家 作者:中国航天报 栏目:头条 阅读:47
阳光普照,绿树成荫,大家可以在周末邂逅一场短期旅行,品尝美食,令人神往。那么航天器开展短期旅行会如何补充能量呢?
在空间探索过程中,航天器的使命各不相同:有的围绕着固定的星球轨迹,能量来自源源不断地发光发热的太阳;有的前往深空,探索未知区域,需要超长时间续航,造价昂贵的同位素核电池优势尽显;至于“短期游”,航天器需要“掂量掂量腰包”,仔细核算成本,燃烧电池就成了不可多得的选择。
燃烧电池的魅力在于“挖土成金”,极具性价比。某些燃烧电池的燃料形状独特,酷似盘绕的蚊香,是由可燃物(如镁或硅)、氧化物(如氧化钾)混合制成的线圈。此外,燃料附近的填充气体是氩气,属于惰性气体,在极端高温下可充当保护气体,延长燃料使用寿命。由于镁、硅等在地球上广泛存在,所用氧化物也极其平常,而氩气工业制备成本较低,生产、储存和使用都比较安全方便,共同成就了燃烧电池的“白菜价”。
畅想不远的将来,人类将更频繁地探索火星、金星、水星等,方便使用机器人就地取材,制备氩气,对探测器便捷地进行补给。
燃烧电池的重要优势是工作状态高效稳定。为提升效率,燃烧电池的外壳通常由隔热性能非常好的硅酸镁制成,保持适宜工作温度。随着蚊香状线圈缓慢地燃烧,加热周围的氩气,使氩气膨胀,推动活塞发电机里的活塞,生成电能。热氩气会进一步来到电池下方,被冷却后,回到电池顶部,再次受热膨胀,又推动活塞发电……如此不断循环,基于这种类似摩托车活塞样式的稳定工作,燃烧电池有望把大约40 %的热能转化成电能。
一般来讲,燃烧电池能让探测器连续工作20天,而且在零下数十摄氏度的低温中或465摄氏度的极端高温下稳定工作,还能在无光环境下“元气满满”。借助燃烧电池,探测器可以潜入外星球冰层深处作业,还能在金星的高温地表运行。
综合来看,相比燃料用一次就少一次、造价昂贵的同位素核电池,燃烧电池极其“亲民”,更安全,更稳定,堪称短期太空探索任务的“最佳拍档”。
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