灿烂的星空，除了给情侣制造浪漫，给独处者带来宁静，还诱惑着人类的好奇心。望着漫天繁星，许多人都思考过时空的边界，宇宙的起源等宏大的问题，虽然无解，但是却更增加了宇宙的魅力。这两天，双中子星引力波事件的发现，再次让人们感受到了宇宙无穷的魅力。

恒星，脉冲星，超星星，仙女座，天琴座，半人马座，蟹状星云，河外星系，黑洞，虫洞，时空穿梭，外星人……这些科幻感十足的名字，都存在于深邃夜空的星光中。无尽的未知挑逗着人类的好奇心，从千年前的张衡夜空下数星星，到几百年前的开普勒研究天体运动，到几十年前人类第一次飞向太空，到后来的人类登上月球，再到人类探索太阳系九大行星，到近年的“旅行者一号”飞出太阳系，人类探索的步伐虽然在宇宙中还不及沧海一粟，但却昭示着人类探索宇宙的雄心。

空间飞行器离开地球，依靠的是火箭的动力，而在空间飞行时，则只能依靠自身的动力源。目前，空间飞行器最主要的动力源是我们熟知的太阳能电池板，但是想探索离太阳较远的行星，如木星，天王星，海王星，或者要冲出太阳系，在这些离太阳遥远的地方，太阳光已经弱得还不如夜空月亮的光芒，太阳能电池板已经无法工作，空间飞行器要在这些地方探索，则只能依靠自身携带的电源。

在人类进行空间探索的初期，飞行器携带的主要是化学电池。但是化学电池不仅可靠性差，而且能量密度低，根本无法供飞行器长期使用，这也是早期的空间飞行器短寿的原因。例如，美国早期发射的卫星，寿命一般只有一到两年，一个重要原因就是卫星携带的化学电池出现腐蚀或电量耗尽。

为了让飞行器能长时间在空间漫游，或在星球表面的背阳面工作，则必须让飞行器携带质量好，能量密度高的电源。而同时满足这两个条件的能源形式，只能是核能，人类开始探索太空不久，科学家们就已经研究如何为飞行器装上核电池了。

核电池一出现，就显示了其应用于空间飞行器的巨大优势。1961年，美国发射了子午仪-4A导航卫星，首次携带了核电池。在一台总体质量只有2千克的核电池的支持下，这颗卫星在空间工作了15年之久，远远超过了其5年的设计寿命。

此后，美苏两国大量将核电源应用于空间探测器上。不仅装备核电源的空间探测器越来越多，而且随着技术改进，核电源做的也越来越大，功率越来越高。例如，70年代美国“海盗号”火星探测器上装备的核电源质量达到了15.2千克，初始电功率达到了45瓦。“旅行者号（一号和二号）”上的核电源质量更是达到了37.7千克，电功率达到了158瓦，正是核电源的陪伴，旅行者号才能在冰冷的外太空漫步40多年，成为人类历史上第一台飞出太阳系的飞行器。

相比化学电池，核电源结构更加简单可靠，稳定性也更好。核电源主要由两部分构成，一部分是放射性热源，另一部分便是能量转换装置。

现在空间飞行器应用最广泛的核电源是以钚-238为热源的核电池。钚238是一种极毒的放射性元素，在衰变的过程中会放射出大量的α射线和热量。α射线虽然对人体危害很大，但是穿透性很差，人的皮肤就能挡住α射线。因此，以钚238为热源制作的核电池，只需要进行简单的屏蔽，就能在利用其放射性特性的同时防止放射性污染。

核电源的能量转换装置最常用的是热电偶，它能将热能转化为电能，只是热电偶的转化率低得惊人，只有5%到6%，放射性热源中大量的热量最终都通过散热器浪费掉了。不过无所谓，转换效率低是核能的一个普遍特征，例如核电厂的核能到电能的转换率也不到40%，远远低于火电的近60%。不过这也从另一个侧面反映了核能的能量密度超高的特点。

在电影火星救援中，马克达蒙曾在火星车内放着一台核电池取暖，这种核电池就是钚238为基础制作的。

在介绍快堆的时候，很多人已经熟知了钚这种元素，但是快堆中使用的是钚239，是铀238在反应堆辐照产生的。相比钚239，核电池使用的钚238的制备要困难得多，成本也要大得多。

制作钚238的原料是镎237，过程如下：首先将镎粉装在铝管中，然后放入反应堆中辐照。受辐照后生成镎238，镎238快速衰变，最终生成钚238。但是，镎238有个缺点，相比衰变，它更容易在反应堆中裂变。在上述过程中，镎238约有90%发生裂变，只有不到10%会衰变为钚238。

这个特点决定了钚238的产量极低极低。更让人费心的是，要在一大堆放射性物质中将钚238提取出来，这不仅要耗费巨额资金，而且还会生成巨量的放射性废液。美国的核科学家曾在一次会议上感慨：“为生产一点钚238，就要产生成千上万加仑的化学废液和放射性废物……”

考虑到生产成本，美苏两国在上世纪80年代太空竞赛降温后，都不再生产钚238。由于美国的太空活动频繁，其核电源的原料基本都购买自苏联（俄罗斯）。随着钚238生产的停止和消耗的增加，20多年过去了，到2010年后，美俄两国都已经失去了大规模生产钚238的能力，只能靠吃老本。

2009年，俄罗斯突然发现，自己库存的钚238已所剩无几，自己怎么也得留一点，说不定哪天俄罗斯崛起后，俄罗斯帝国还要继续探索宇宙呢。于是俄罗斯给美国国家航空航天局（NASA）打了个电话，说以后钚238不卖了，想要的话就自己去想办法。

NASA的空间探测一直持续着，最近还准备着登录火星呢，一听这消息，心里一惊，这岂不是要断粮了。于是NASA连忙联系美国橡树岭实验室，要求为NASA的未来太空探测重启钚238的生产。

虽然失去了钚238大规模生产能力，但是美国还是具有实验室生产能力的，从2012年到2016年，美国为重启钚238生产线花费了1.65亿美元，终于在2017年具备了钚238生产能力，预计年产量在10千克以上。这些钚238将用在美国计划2020年发射的新一地火星车上。

除了美俄，还有一个国家也在空间探测课题上努力前进，这就是中国。从上世纪末神舟一号飞船成功进入太空，这十多年来我国太空探索成就巨大。我国的第一台无人月球探测车“嫦娥一号”就首次使用了以钚238为原料的核电池。这也预示着我国不仅具备钚238生产能力，还具备成熟的核电池制作技术。

近两年来，随着各种新能源技术的渐渐成熟，人们也渐渐对核能的前途产生了怀疑，很多人相信未来新能源能将取代核能，核能将变成一种过时的能源。但实际上，到目前为止，核能依然是人类掌握的唯一的一种能量密度极大，输出极其稳定，且容易的控制的能源形式；同时，在可预见的未来，核能也是解决人类千年能源问题（快堆），甚至解决人类终极能源问题（聚变能）的唯一的能源形式。

设想未来有一天，我们能够进行星际穿越，以目前人类的科学水平来看，也只有核能能够让飞行器加速至接近光速，让人类可以漫游至亿万光年之外，甚至穿越时空。所以，还是给核能更多的信心吧！

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