北京時間 2021年2月19日凌晨4點，NASA 的毅力號火星車（Perseverance）著陸在了紅色星球火星表面，併發回首張照片。

和常見的外太空探測器不一樣，毅力號沒有搭載太陽能電池板，它的所有電力來自一臺重達 45kg 的 核電池。其設計工作壽命長達 14 年，放電功率高達 100 瓦。

如此之大的電池，被安放在了毅力號的尾部，像翹起的大尾巴。

從天空起重器的角度看，長這樣：

從毅力號攝像頭的角度看，長這樣：

組裝前，是這樣：

在火星嚴酷的環境下，不用充電，還能連續工作 14 年的核電池到底是什麼法寶，How it works？

毅力號上的核電池，專業叫法是“多工同位素溫差電源 MMRTG （Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator）”。

注意幾個關鍵詞：同位素、溫差發電。

同位素（Isotope），是指具有相同質子數，不同中子數的同一元素的不同核素。比如常見的氫元素，如果原子核只有 1 個質子，則稱之為氕（pie，四聲）；如果多加一箇中子，則變成氘（dao，一聲）；多加兩個中子則變成氚（chuan，一聲）。氕氘氚互為同位素。

氫同位素質子數中子數氕10氘11氚12

有些元素的同位素具有強烈的放射性。比如毅力號核電池使用的鈽同位素 鈽-238，會在衰變過程中放射出氦-4原子核（α粒子），並釋放出熱量，使鈽-238達到五六百攝氏度。

鈽-238 衰變放熱，自身被烤得發光：

有了 鈽-238 衰變放熱作為熱源，接下來就可以進行溫差發電了。溫差發電利用了“塞貝克效應”，它是指由於兩種不同電導體或半導體的溫度差異而引起兩種物質間的電壓差的熱電現象。簡單來說，就是在兩種金屬A和B組成的迴路中，如果使兩個接觸點的溫度不同，則在迴路中將出現電流。這種電流稱為“熱電流”。用於溫差發電的模組稱之為“熱電偶”。

當然，毅力號上的溫差發電裝置要複雜得多，如下面的結構圖：

位置 ① 是 鈽-238 組成的模組化熱堆，用於產生熱量。

位置 ② 是溫差發電熱電偶，用於將熱量轉換成電力。為了提高放電功率和效率，熱電偶採用了陣列排列的方式，儘可能地利用熱堆的熱量。

毅力號核電池冷知識：

除了核電池，毅力號上還配備了兩個可充鋰電池，以滿足火星車的峰值需求（NASA表示，在火星車進行科學運算期間，電力需求可以達到900瓦，電池將在用電高峰時為火星車供電）毅力號核電池效率達到 6.3%，遠低於太陽能帆板，但在核電池領域已經算是效率很高的了一顆核電池造價高達 7000 萬美元，比俄羅斯最貴戰機米格 35 還要貴中國的火星車天問一號，攜帶核電池了嗎？答案是沒有，天問一號僅攜帶了太陽能電池板。

文中參考資料：

http://large.stanford.edu/courses/2017/ph241/park-j1/Nuclear Battery Math | Math Encounters BlogHow Do Nuclear Batteries Workhttps://en.wikipedia.org/wiki/Multi-mission_radioisotope_thermoelectric_generator美毅力號的核電池價比黃金，真的能用萬年嗎？天問一號小錢辦大事_騰訊新聞Mars 2020's MMRTG – NASA’s Mars Exploration ProgramIngenuity Mars Helicopter Deployment Test – NASA’s Mars Exploration Program10 Days of Perseverance – NASA’s Mars Exploration ProgramNASA's Perseverance Rover Sends Sneak Peek of Mars Landing – NASA’s Mars Exploration ProgramPower | Rover – NASA’s Mars Exploration ProgramNASA's Perseverance Rover Will Peer Beneath Mars' SurfaceWhy NASA's Mars rover Perseverance will use nuclear power to keep itself warm | SpaceThe Nuclear Battery Aboard Perseverance, the Next-Gen Mars Rover