陽光普照,綠樹成蔭,大家可以在周末邂逅一場短期旅行,品嘗美食,令人神往。那么航天器開展短期旅行會如何補充能量呢?
在空間探索過程中,航天器的使命各不相同:有的圍繞著固定的星球軌跡,能量來自源源不斷地發(fā)光發(fā)熱的太陽;有的前往深空,探索未知區(qū)域,需要超長時間續(xù)航,造價昂貴的同位素核電池優(yōu)勢盡顯;至于“短期游”,航天器需要“掂量掂量腰包”,仔細核算成本,燃燒電池就成了不可多得的選擇。
燃燒電池的魅力在于“挖土成金”,極具性價比。某些燃燒電池的燃料形狀獨特,酷似盤繞的蚊香,是由可燃物(如鎂或硅)、氧化物(如氧化鉀)混合制成的線圈。此外,燃料附近的填充氣體是氬氣,屬于惰性氣體,在極端高溫下可充當保護氣體,延長燃料使用壽命。由于鎂、硅等在地球上廣泛存在,所用氧化物也極其平常,而氬氣工業(yè)制備成本較低,生產(chǎn)、儲存和使用都比較安全方便,共同成就了燃燒電池的“白菜價”。
暢想不遠的將來,人類將更頻繁地探索火星、金星、水星等,方便使用機器人就地取材,制備氬氣,對探測器便捷地進行補給。
燃燒電池的重要優(yōu)勢是工作狀態(tài)高效穩(wěn)定。為提升效率,燃燒電池的外殼通常由隔熱性能非常好的硅酸鎂制成,保持適宜工作溫度。隨著蚊香狀線圈緩慢地燃燒,加熱周圍的氬氣,使氬氣膨脹,推動活塞發(fā)電機里的活塞,生成電能。熱氬氣會進一步來到電池下方,被冷卻后,回到電池頂部,再次受熱膨脹,又推動活塞發(fā)電……如此不斷循環(huán),基于這種類似摩托車活塞樣式的穩(wěn)定工作,燃燒電池有望把大約40 %的熱能轉化成電能。
【資料圖】
一般來講,燃燒電池能讓探測器連續(xù)工作20天,而且在零下數(shù)十攝氏度的低溫中或465攝氏度的極端高溫下穩(wěn)定工作,還能在無光環(huán)境下“元氣滿滿”。借助燃燒電池,探測器可以潛入外星球冰層深處作業(yè),還能在金星的高溫地表運行。
綜合來看,相比燃料用一次就少一次、造價昂貴的同位素核電池,燃燒電池極其“親民”,更安全,更穩(wěn)定,堪稱短期太空探索任務的“最佳拍檔”。
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