宇宙探测器上的神奇蚊香电池

yzhanping

　　美国宇航局正在研制一种能将热能转化为电能的燃烧电池——派罗斯耐热镍合金燃烧电池。这种电池有何出彩之处?另外，有了太阳能电池和其他种类的电池，科学家为什么还要研制这样一种听起来似乎很传统的电池呢?

　　内置“蚊香”的燃烧电池

　　为了方便，下面将把派罗斯耐热镍合金燃烧电池简称为燃烧电池。可以将燃烧电池看作一个密封的容器。电池里面，顶部是由可燃物(例如镁或硅)以及氧化物(例如氧化钾)混合制成的蚊香型线圈。

　　蚊香型线圈缓慢地燃烧，加热其周围的氩气，使氩气受热膨胀，推动活塞发电机里的活塞，进而生成电能。热氩气推动活塞之后，会来到电池下方，被冷却，然后再回到电池的顶部，再次受热膨胀，推动活塞继续产电……如此不断循环，燃烧电池就是这样以热生电的。

　　科学家在这里之所以使用氩气，是因为氩气有着诸多的优点。首先，氩气是惰性气体，即使在高温环境下，也极难与其它物质发生化学反应。这样，蚊香线圈在燃烧的时候，就不会消耗里面的气体了。其次，也正因为氩气很难与其他物质进行化学反应，所以氩气也被用作保护气体，进而延长蚊香型线圈的使用寿命。此外，氩气在地球大气里就有，而且无色、无味和无毒，制作、储存和使用起来较为安全和方便。最后也是非常重要的，在不远的将来，科学家将要探索的几个星体当中，例如火星、水星和泰坦等，它们大气里的氩气含量很多，而使用氩气作为动力气体可以方便未来的探测器进行补充以及更换蚊香型线圈。

　　尽管燃烧电池是目前最好的热能发电机，但它也只能把燃料燃烧所产生的热能的大约40%转化成电能。不过，燃烧电池的外壳由隔热性能非常好的硅酸镁所制成，可以极大地减少热能的流失，从而间接地提高热能发电机的能量转换率。打个比方，硅酸镁外壳就像是水库，能把多余的水给储存起来，以便更长久地使用。

　　据估计，燃烧电池的产能效率是600千瓦/小时/千克，而目前最好的锂电池的产能是400千瓦/小时/千克。燃烧电池不仅可以让探测器连续工作20天，而且还能在零下好几十摄氏度或465℃高温的环境下工作。

　　探索黑暗

　　未来，科学家不仅要再次回到月球，还打算深入探索月球的黑暗面。另外，科学家还计划去往火星、金星和水星等外域。这些地方，要么经常“暗无天日”，要么经常发生风暴或沙尘暴……

　　例如木卫二，也叫做“欧罗巴”卫星。它被认为是目前最有可能具有生命的星体之一。因为科学家不久前在它上面观测到了超大热液喷泉。科学家打算往上面送一个探测器，来进行生命的探索。然而，木卫二表面是厚达上百千米的冰层，探测器只能到冰层底下进行探测，而那里可几乎是一点光也没有。又例如金星的表面温度可达465℃，而如今探测器的太阳能电池板和备用电池完全无法在这样的高温环境下工作……因此，科学家需要能在这些极端环境下工作的电池，而燃烧电池能满足这些需求。

　　另外，虽然如今已有太阳能电池板，以及能储电的备用电池，但它们的续航能力都不够强。如果电池板被风沙覆盖，或者是探测器进入长时间无光的地方，那么探测器的活动将被极大地限制。因此，多配置一个或多个燃烧电池，能帮助探测器应对突发的情况。

　　科学家研制燃烧电池的另一个原因是，用燃烧电池来代替放射性同位素核电池(简称RTG)。RTG是另外一种燃烧电池，它的热能来自钚或其它放射性同位素。如今，当太阳能电池板无法使用，或没有太阳能电池板时，太空探测器或卫星等使用的就是这种电池。

　　RTG的优点是使用寿命很长，至少可达87.7年，非常适用于遥远的深空探索。但是RTG的缺点也很明显。首先，能用作RTG的燃料的放射性同位素并不多，而且这些燃料用一次，少一次。其次，RTG在制作和回收过程中的安全问题一直令科学家担忧，历史上已经发生了好几次意外事故。并且，RTG的造价还极其高昂。

　　综上所述，如果用RTG来进行短期的外太空探索任务，那么这种情况不亚于“杀鸡用牛刀”。与RTG相比，尽管燃烧电池只有20天的使用时间，但是它的材料来源非常丰富，例如内部的氩气从空气里就能提取出来。另外，燃烧电池也更安全、更便宜，非常适用于短期的太空探索任务。即使突发状况，导致科学家不得不放弃探测器，科学家也不至于太心疼。

　　鉴于燃烧电池的安全性和经济实用性，它还可以成为身处经常发生自然灾害的地区的人们至关重要的后备电源。甚至，它也可以为极端环境下的科研活动，例如南极考察，提供温暖的能源。