核热源立功！登月近十年嫦娥3号还活着，难怪嫦娥7号也要超长待机

进入21世纪以来人类总共进行了6次登月任务尝试，只有中国成功，而且成功不止一次，是三战三捷，分别是嫦娥三号、嫦娥四号、嫦娥五号，这三次登月任务每一次都刷新了人类纪录。

嫦娥五号是中国首次月球采样返回任务，成功获取了1731克月壤样本，此次任务也是人造探测器首次实现地外天体轨道的无人交会对接。

嫦娥五号月球轨道无人交会对接

嫦娥四号则是代表人类首次成功登陆月球背面，它所携带的玉兔二号已经成为人类部署月面开展巡视探测时间最长的月球车，并且仍在不断刷新这一纪录。

玉兔二号月球车

嫦娥三号堪称是劳模中的劳模，它是我国首个月球登陆探测任务，登月至今已经有将近十年时间，其仍有一台科学载荷处于正常工作状态。这台载荷就是嫦娥三号着陆器配置的“月基光学望远镜”。

从嫦娥三号两器互拍的图像中我们可以清晰辨别月基光学望远镜的安装位置：

红框处便是月基光学望远镜的盖板（嫦娥三号着陆器）

月基光学望远镜由一块平面反射镜与一个望远镜系统组成，通过平面反射镜的摆动实现对星空的大范围观测。

月基光学望远镜结构示意图

月基光学望远镜是人类架设在月球的天文望远镜，工作在近紫外波段，可充分利用月球没有大气干扰，以及月球自转缓慢的优势进行巡天观测。目前国家天文台每天可以通过这台月基望远镜获取5000多幅星图，这台载荷在历经近十年的服役期后仍能达到甚至超出设计指标要求。

月基光学望远镜的望远镜系统

月基光学望远镜的平面反射镜

为什么嫦娥三号的月基光学望远镜能工作这么长时间？着陆地外天体的探测器，其正常作业离不开两个要素，就是温度与电力。

首先要满足温度指标，一方面科学探测载荷有自己设定的作业温度，温度太低会被冻坏，另一方面探测器的蓄电池也需要适宜的温度，否则也会被冻坏。温度达标，太阳能电池才能为蓄电池及探测载荷正常供电，有了电，设备才能运转，探测数据才能通过天线回传地球。

为了满足温度指标，嫦娥三号任务的着陆器与月球车均配置有同位素核热源（RHU），可以为探测器提供一个相对的恒温环境，这样一来即便是月夜低温也冻不坏。

嫦娥三号着陆器配置的同位素核热源（蓝框标记处）

为满足嫦娥三号探测器的月夜生存需求，当年我们从俄罗斯进口了6枚钚-238 RHU（3枚12W、1枚8W、2枚4W），其中1枚8W RHU单独为极紫外相机供热，该相机安装在着陆器舱外，这枚RHU同位素核热源与相机镜头保护盖实现了一体化设计，月昼期间打开保护盖，同位素核热源远离相机，这样可以保证相机在月昼期间工作在较低温度，进入月夜前，关闭保护盖，同位素核热源直接为相机系统供热保温，设计非常精妙。

玉兔号月球车的同位素核热源（红框标记处）

嫦娥四号探测器也配置了多枚同位素核热源，所不同的是嫦娥四号着陆器首次配置了基于进口同位素核热源自主研制的同位素电源（RTG），可以为月夜测温装置供电，使得我们可以获取月夜期间精确的温度数据。

嫦娥四号着陆器配置的同位素核热源

放射性同位素在衰变时会发射高速带电粒子，当它与物质相互作用时产生的动能被吸收或阻止时就会产生热能，而钚-238的半衰期长达87.7年，因此即便嫦娥三号登月近十年还能工作。

同位素电源则是要在同位素核热源基础上加装换能装置，嫦娥四号的同位素电源是高安全高可靠，且无运动部件的温差发电器。

事实上早在上世纪七十年代初期我们就已经成功研制钚-210同位素电源，并准备应用在第一颗人造地球卫星上，后来由于任务变动才转为地面试验。如果当年沿着这条自力更生的道路持续发展下去，相信现在也会有更大的成就。

玉兔二号月球车配置的同位素核热源

当年的钚-210同位素电源的电功率是1.4W，半个世纪后嫦娥四号钚-238同位素电源的电功率约2W，也是有所进步。现如今随着我国核电站装机数量的不断增加，也为后续持续发展钚-238同位素电源提供了物质条件。

嫦娥三号任务之于人类空间探测有两大进步：

首先是结束了人造探测器盲降月球的历史，在嫦娥三号之前的所有登月探测器都是沿着设计弹道一头扎下去，不具备末段避障能力。阿波罗登月计划之所以能够保持高成功率，主要得益于宇航员的末段避障介入。

嫦娥三号着陆器基于机器视觉导航理念配置降落相机、微波测距测速敏感器、激光测距敏感器、激光三维成像敏感器一系列敏感器，具备障碍规避功能，尤其是在7500N变推力发动机帮助下可以在距离月面百米高度进行悬停，悬停过程中利用激光三维成像敏感器快速扫描着陆区域，进而选定安全着陆点。

嫦娥三号登月悬停段成像

悬停段激光三维成像敏感器作业效果示意图

激光三维成像敏感器

后续的嫦娥四号、嫦娥五号之所以可以连续成功登月也得益于此项技术的应用。

嫦娥三号的另一大进步就是长寿命，着陆器与月球车均实现了超期服役，其中着陆器设计寿命是一年，截至目前着陆器仍具备月夜休眠月昼唤醒能力，还有载荷可以工作，实际寿命已是设计寿命的将近十倍。

如前文所述核热源对于长期服役的重要性，但这只是必要条件之一，却不是唯一的必要条件，比如单独配置核热源的着陆器极紫外相机目前就已经停机，长周期服役还考验国产元器件的可靠性，以及热控系统的整体设计水平。

嫦娥三号着陆器

也正是得益于嫦娥三号出色的寿命表现，接下来我们将在嫦娥七号这项高价值探测任务中实现更长时间的设计寿命。

嫦娥七号是由轨道器、着陆器、月球车、飞跃探测器、中继卫星组成的多器联合的月球探测器，其中轨道器设计寿命8年、着陆器设计寿命8年、月球车设计寿命8年、中继卫星设计寿命更是长达十年。

设计寿命通常都是取一个保守值，实际寿命则通常远大于设计寿命，因此嫦娥七号有更加出色的实际寿命表现也是可以预期的。

多器联合的嫦娥七号任务

嫦娥七号在超长待机过程中也会经历月夜，这表明该探测器的着陆器、月球车也有安装同位素核热源的需求，该探测器将于2026年发射，而目前各方仍没有进口同位素核热源的消息。

以嫦娥三号任务为例，该探测器是在发射前4年就完成了同位素核热源的进口事宜。因此可以推测，在嫦娥七号任务中我们将大量应用完全国产化的同位素核热源，乃至更大发电功率的同位素温差核电源。