谁更先进?俄月球-25号和我国嫦娥都有强辐射物质,月船3号却没有

扬菲看科技 2023-08-13 08:37:00

俄罗斯的“月球-25号”探测器成功发射,这样就有两家在竞争首次登陆月球南极的桂冠了,而且令印度郁闷的是,比月船三号晚发射近一个月的俄罗斯月球-25号,竟然大概率会比月船三号更快着陆,而且还快了两三天,一下子就把两国航天的真实差距展现在世人面前。

这是由于月船三号的火箭不给力,无法将其直接送往月球,需要依靠自己的动力在地球附近不断升高轨道,经过6次升轨后才奔向月球,到了月球附近之后,又要启动发动机进行减速制动,进入环月轨道,然后再多次降轨。

由于月船三号推进舱的发动机推力很小,所以需要近4次降轨才能到达100km圆形轨道。这么多的复杂操作,时间当然就拖了下来,结果就落在了俄罗斯的后面。

其实印俄两国的差距还不止于此,月球-25号发射之后,俄罗斯外交部已经向联合国秘书长进行了通报,正式宣布月球-25号上配备了核能量源,引起了全世界的关注。这个核能量源是何方神圣,为什么如此被人重视,还要专门向联合国通报呢?

核能量源有核热源和核电池两种,月球-25号上安装的应该是核热源,看上去是个不起眼的小东西,但却是探测器能在月球上工作一年的保证,至关重要!印度的月船三号费了这么大的劲,即使真的着陆成功,却也只能在月面工作14天,几乎就是一次性的“耗材”,这又是为什么呢?

原因就在于月球表面的极端环境。月球上没有空气,所有物体在白天都会受到阳光直射,月面物质的热容量和导热率又很低,表面温度会一直升到127℃,比开水的温度还要高。不过这倒也好办,毕竟白天有阳光可以发电,能量来源没有问题,只要做好隔热散热设计,探测器和月球车就能扛得住月面的高温。

但是到了夜间,情况又翻了过来!还是因为没有大气,月面在夜间的温度会低到令人发指的零下183℃,离氮气的凝固点都已经不远了。更可怕的是月球上的一昼夜不是地球上的24小时,而是整整一个月!所以月夜也会持续14天之久,在这极度深寒的14天里,如果没点儿特殊的手段,探测器和月球车是绝对挺不过去的。

月船三号就是如此,其月面工作寿命14天,明显是只能在月昼期间工作,到了月夜的时间,干脆就直接放弃治疗了。但我国的嫦娥三号、嫦娥四号,以及所携带的玉兔号和玉兔二号月球车,都在月球上工作了相当长的时间,特别是玉兔二号,已经在月面工作了3年以上,经历了几十个严酷的月夜,却依然能够正常行驶。

难道玉兔二号有什么秘诀吗?关键就在于核热源。嫦娥三号、四号的着陆器和月球车都装有核热源,功率很小,只有1~2W的量级。但这种核热源的发热利用的是放射性同位素衰变,不依赖于任何外部条件,可在任何情况下源源不断的产生热量。

核热源使用的主要材料是钚238、钋210等同位素,以钚238为例,半衰期87.7年,在衰变过程中会释放出高能的α粒子。这些α粒子穿透性很差,连皮肤都穿透不了,会很快被周围的材料挡住,粒子的能量就转化成了热量。由于半衰期长达80多年,钚238在几年的时间里发热衰减很小,可以说是雷打不动。

如果再给核热源配上热电偶,就变成了核电池。美国的好奇号、毅力号火星车就配备了核电池,不仅能提供热量,还能够发出上百瓦的电力,使得美国火星车根本不依赖太阳能发电,即使火星上的灰尘把电池板都埋了都不怕,因此好奇号在火星上一呆就是十多年!

而我国的祝融号火星车就没有核电池,在经历了一个火星冬天后至今没能唤醒,很可能就是电池板上积的灰尘太多,发不出足够的电了。

月球-25号和我国嫦娥探测器配备应该都只是核热源,不能发电,只能发出不多的一点儿热量。但有了这些热量,探测器在寒冷的月夜里就有了依靠,通过良好的保温设计和热量交换传递,可以确保一些无法承受低温的电子器件不被冻坏。同时探测器和月球车还会进入休眠状态,以最大限度的节省电力和热量,直到下一下月昼来临才会被自主唤醒。

即使核热源在月球上的作用这么大,为什么印度的月船三号上没有装备呢?原因有几个方面。首先核热源是相当稀缺的产品,光是放射性同位素钚238就很难搞到,需要通过研究型核反应堆来生产,严重供不应求,价格奇高,而俄罗斯恰好在生产同位素方面有巨大优势。

像美国毅力号火星车的钚238核电池,重量只有几十公斤,成本却达到了7000万美元,几乎相当于月船三号项目的全部成本了。所以印度如果想搞到核热源,凭它的技术能力恐怕无法自给自足,大概率要向俄罗斯求购,被宰一刀的可能性几乎是100%,月船三号的成本还能不能控制住,就很难说了。

另一方面是安全性。核热源毕竟使用了放射性同位素,辐射剂量非常强,在月球上自然没什么危害,但如果在地球上摔碎了,钚238进入大气层、土壤和水源,会造成严重的放射性污染。所以发射探测器的火箭必须要有非常高的可靠性,成功率必须很高,能保证把探测器送出地球奔月,这样核热源就不会对地球造成什么伤害了。

但印度火箭可靠性差是全球公认的,发射失败是家常便饭,甚至还会进行“布朗运动”。虽然GSLV-MK3至今的发射成功率是100%,但一共也没打几次。这次发射月球三号时,火箭表现也不尽如人意,只将月船三号送上了138km×36306公里的轨道,远低于4年前的月船二号。

火箭如此拉垮,印度方面应该是下不了这个决心,万一火箭出了问题,核热源掉回了地球,那就麻烦大了。而还有一个原因就是探测器的设计,如果配备了核热源,就需要配套的保温、散热材料,以及内部的传热管路,工质要在这些管路里循环,才能把热量带到需要的地方。

印度有没有这样的技术,是很难说的。即使有技术,由于火箭不给力,月船三号的重量本来就捉襟见肘,没有多余的重量在容纳这些设备了。这些因素综合起来,月船三号就没有配备核热源,成了一次性探测器和一次性月球车。

这样一来,俄罗斯的月球-25号不仅会比月船三号先着陆,当月船三号在月夜被冻僵之后,月球-25号还会继续工作相当长的时间,两国的技术高下立判!

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