嫦娥三号工作快10年了，核能取暖立大功，祝融号为啥不用核能？

快被大家遗忘的嫦娥三号居然还活着，并且还能工作，听到这个消息着实让人惊讶了一把。不得不联想到中国还没有苏醒的火星车祝融号，如果它也能活过来的话，那中国的航天技术绝对是艳煞众人了。我是东城观星，再跟大家聊聊中国航天，欢迎大家关注我。

其实嫦娥三号能实现长寿命，不仅仅是因为安装了同位素热源也就是核热暖宝宝，更重要的是设计了一套高效的月夜生存系统，未来恐怕很多国家都会模仿嫦娥三号。怎么回事呢？听我慢慢道来。

2013年12月14日，中国的嫦娥三号探测器着陆月球，成为世界上第三个成功着陆月球的国家，也是21世纪前20年唯一一个成功着陆月球的国家。嫦娥三号携带了一只顽强的兔子月球车，在遇到机械故障以后，无法移动，仍然坚持带病工作了31个月。这是对同位素热源的第一次考验。

按照原始设计，月球车的太阳能电池板在夜间的时候需要收起来盖在身上，减少内部散热，这样是为了保障月球车能平安度过长达半个月的漫漫长夜。意外发生以后，电池板无法收起，月球车夜里少了一床被子，能不能度过寒夜，着实让人捏着一把汗，要知道，探测器上的那些仪器设备的最低耐受温度都是零下40 ，而月球夜晚温度能达到零下180 。

值得庆幸的是，月球车月夜生存系统的热量控制设计非常优秀，留够了余量，再加上仪器设备的耐低温能力足够强，没有盖被子的玉兔月球车挺过了很多寒冷的夜晚。当然后来的玉兔二号因为能正常休眠，寿命也就明显延长了，至少已经工作了四年半。虽然玉兔号月球车不像玉兔二号、嫦娥三号那样长寿，但也远远超出了设计寿命。其中同位素热源功不可没。

嫦娥三号，度过了9年半的时间，依然可以正常唤醒，还能继续完成一些工作，着实是长寿航天器的楷模了。那除了嫦娥三号和玉兔号月球车以外，其它国家的探测器寿命如何呢？

先说印度和日本的月球探测器，这两个都是21世纪开发出来的月球软着陆探测器，跟嫦娥三号时代背景相当。但是这两个探测器都因为技术原因没能成功实现软着陆。当然就算实现软着陆，这两个探测器也都是没有配备月夜生存技术的，都是只能着陆后工作一个白天，到了夜晚就会自然被冻死，第二天是无法苏醒的。印度即将发射的月船三号，依然是只能工作一个白天，没有配备月夜生存技术。按照规划，下一步印度和日本合作再次探测月球时，才会使用月夜生存技术，相关技术由日本来提供，效果如何尚未可知。

欧洲目前还没有完成月球软着陆，所以就剩下美国和苏联曾经实施过月球软着陆了。

美国的阿波罗计划落，都是载人项目，也都是无需过夜的项目，就不讨论了。美国的无人着陆计划，一共成功了三个，分别是月球勘测者1号、5号和7号。这些探测器，都采用了独特的月夜生存技术，也就是蓄电池供电加热技术。上世纪六十年代，还没有掌握锂离子电池技术，使用的是银锌蓄电池。通过蓄电池加热，美国的月球勘测者成功实现了月夜生存，在第二个月昼里苏醒了。但是由于当时的蓄电池技术水平有限，蓄电池在月球上性能衰退严重，仅仅度过了第一个夜晚，就电量不足了，第二个月夜没能平安度过。

虽然美国在火星上实现了更长寿命的探测器，甚至让机遇号火星车工作了十多年，后来还发展出了直接使用核电池的火星车，寿命有可能更长。但美国的月球探测器最长寿命却不到两个月。21世纪在发射新的探测器之前，美国的记录只能是这样了。明显跟航天第一强国的地位不太相符。

苏联的月球探测器比美国要强，他们1970年发射的月球车1号，在月球上工作了10个月，成为月球上最长寿的探测器，直到40多年以后嫦娥三号和玉兔号月球车才打破了它的记录。1973年发射的月球车2号，寿命更短一些，一共在月球上度过了5个月夜，也就是工作了五个多月。

要说苏联的月夜生存技术还是很牛的，早在上世纪七十年代，就已经开发出了同位素热源，并应用到了月球车上。在那个技术还不发达的年代，用同位素热源技术，保证月球车在月球上工作了好几个月，不得不说是一大创举。

当然，比较起来，还是中国的月球探测器技术更成熟，寿命更长。但不得不提的是，嫦娥三号、嫦娥四号的同位素热源也是从俄罗斯购买的，嫦娥三号的长寿命也有俄罗斯核技术一份功劳。

但就算有同位素热源，能不能用好，也是非常考验设计者实力的。中国嫦娥三号的相关设计可以说是非常巧妙的创新，正是因为这样的创新，才让嫦娥三号、嫦娥四号能够拥有合格而且长寿的月夜生存技术。

嫦娥三号，采用了非常巧妙的月夜生存技术，完全不用电力驱动，不使用任何风扇和循环泵，只用同位素加热和月球的引力就可以驱动流体循环，实现同位素热源热量的有效利用。苏联的月球车也是使用同位素热源，但是选择的是密封取暖方案。把设备和热源密封起来充上氮气，利用风机吹动气体循环来实现热量的传递和利用，虽然很巧妙，但存在一些缺陷，一方面需要夜间用电，另一方面一旦风机故障就无法循环了。嫦娥三号的方案就不用担心这些，只要月球引力不丢失，热源还能用，就可以持续实现热力循环，唯一需要担心的就是控制阀门这样的机械部件，每个昼夜都需要开关阀门。

中国月夜生存方案，不仅设计巧妙经受住了月夜考验，更重要的是实现了月夜生存系统的小型化轻量化。要知道，苏联的月夜生存设备算下来要150公斤，而美国的月夜生存设备是870公斤，中国的嫦娥三号只用了10公斤，加上月球车的月夜生存系统才15公斤，换句话说玉兔号月球车的月夜生存装置只占用了5公斤重量。中国这样的技术，为发展小型化微型化月夜生存探测器打造了一款神器。

那嫦娥三号还能继续活多久呢？这个不太好预测，但可以算算同位素热源还有多少。按照同位素热源的核燃料钚238的衰变规律，它的半衰期是86.4年，经过十年的工作，热源功率还能剩下92%，也就是功率只下降了8%左右，按这个意思，再供暖10年毫无问题，只要相关设备不出故障，至少下一个十年是不用担心会被冻坏的。

总结下来，嫦娥三号能实现如此长的寿命，除了安装了长寿命的同位素热源以外，还跟热量循环系统有很大关系，也跟关键设备的可靠性能有很大关系。

嫦娥三号寿命马上就超过十年了，祝融号火星车也在火星上度过了两年，但是祝融号火星车并没有像大家期待的那样在火星上的春天及时苏醒，目前还处于待机状态。后面还有没有可能苏醒呢？很多人持乐观的态度，认为春天不行，那就夏天，只要太阳光够强，祝融号就一定可以苏醒。其实这里面，还有一个很大的不确定性因素，就是热控系统。

祝融号火星车跟嫦娥三号一样，在世界航天史上具有开创性的示范意义，一旦成功将成为大家效仿的典范。要知道祝融号火星车是第一个完全不使用同位素热源的火星车，同时也不需要电源加热取暖，完全是被动式保暖的方案，这跟地球上的被动式节能建筑是异曲同工的。这套方案如果能让祝融号火星车度过这次难关，祝融号的寿命有很大的可能性超过机遇号火星车。因为同位素随着衰变会越来越少，产生的热量也越来越少。但是，靠太阳光取暖的祝融号，不必担心太阳会越来越暗。

祝融号火星车采用太阳光照射取暖，并通过相变材料把太阳能储存起来，夜间再散发出来给设备供暖。因为不像月球上有持续半个月的黑夜，火星上的夜晚只有12个小时左右，短时间的低温，无需同位素热源来供暖，相变材料储存的热量足够了。这样的设计实在非常超前，完全不会给火星带去任何放射性污染，可以说是安全环保的典范。

但是，这个设计有一个很大的隐患，那就是采光口有可能被火星沙尘所覆盖，内部采集到的阳光不足，白天蓄热不充分，夜间就没有足够多的热量来保护关键设备了。太阳能电池板如果被沙尘覆盖，还有一定机会通过机械抖动清洁一下。热控系统的采光口是固定在那里的，自己不能抖动，只能希望风能把沙尘吹走。

如果风不能及时把沙尘吹走的话，就会出现内部采光不足，尤其是冬天的时候，内部热量不足，很有可能在夜晚冻坏一些仪器设备，甚至有可能是全部设备被冻坏。即使有些设备没有被冻坏，如果蓄电池被冻坏的话，祝融号苏醒过来的机会也就非常渺茫了。火星上夜晚最冷的时候也能达到零下一百多摄氏度，而设备的设计最低耐受温度也不过是零下40 ，这给祝融号有效存活带来很大的不确定性。

所以，我希望不会出现内部设备被动坏的糟糕场面。未来的改进设计，如果沿用这种无核设计，还是建议增加一些除尘设施，至少能清洁一下采光口，这样才能确保探测器能够平安度过难关。

好了，就说这么多吧。你觉得祝融号火星车还能醒过来吗？你觉得嫦娥三号还能工作多少年？请在评论区讨论一下。

我是东城观星，关注我，每周带你了解点高科技的事。