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金星着陆器能存活几分钟吗?

  

  

The first color pictures taken of the surface of Venus by the Venera-13 space probe. Credit: NASA

  向金星发射着陆器存在几个巨大的工程问题。当然,我们会从令人紧张的进入、下降和着陆中得到喘息,因为金星的大气层非常厚,着陆器会像石头沉入水中一样轻柔地降落到表面,不需要空中起重机或逆冲火箭。

  但剩下的努力充满了挑战。表面的平均温度为455摄氏度(850华氏度),足以熔化铅。构成大气的化学混合物,如硫酸,对大多数金属具有腐蚀性。这里的大气压力大致相当于水下1500米(5000英尺)的高度。这些极端的环境条件是金属和电子产品死亡的地方;因此,少数到达金星表面的着陆器任务——比如苏联的金星任务——只持续了两个小时或更少。任何未来的着陆器或漫游者都需要具备近乎超级英雄的特征,才能在地球这个邪恶的孪生兄弟的表面上生存下去。

  但还有一个额外的挑战可能即将被解决:制造出能够在金星地狱般的环境下工作足够长时间的电池,使着陆器任务值得付出努力。

  NASA正在与一家名为Advanced Thermal Batteries, Inc. (ATB)的公司合作,他们共同创造了第一个电池,该电池已经证明有能力在金星的整个太阳日(大约是120个地球日)的温度下工作。

  

  测试电池硬件:适用于金星表面的高温热电池。图片来源:先进热电池公司Michael Barclay博士

  该电池基于为智能导弹提供动力的短寿命热电池系统,该电池包含17个独立电池,使用专门设计的化学和结构材料。虽然电池仍在开发中,但工程师们受到鼓舞的是,测试表明,这种类型的电池能够在像金星这样的恶劣环境中工作。此外,这种先进的电池技术可能为未来在太阳系恶劣环境下的探索提供一种新的能量存储设备。

  ATB项目工程师Kevin Wepasnick博士在NASA的一份新闻稿中说:“最近的电池技术演示,具有改进的架构和低自放电电化学,是一项许多人可能认为不可能实现的巨大成就。”

  电池似乎是为金星着陆器供电的唯一解决方案。太阳能电池板是不可行的,因为表面的光照水平相当于地球上的阴天,目前的太阳能电池板设计无法承受高表面压力。放射性同位素热电发生器(RTG)需要将热源带到金星表面,由于热管理已经是一项重大任务挑战,这种方法并不是一个好的选择。

  但在金星上,热电池可以利用周围的大气条件来加热一种特殊的高温电解质,这种电解质在标准室温下是固体的,是惰性的。此外,它们可以在不需要烟火或保温的情况下保持运行。

  美国宇航局表示,这种新的电池方法已经证明了在前所未有的时间内高温工作,并为电池技术和金星着陆器的新范式奠定了基础。

  

  有限公司

  金星上的长寿命原位太阳系探测器(LLISSE)的概念图像,与更大的传统探测器相比

  兰德斯部分。图片来源:NASA GRC的John Wrbanek。

  新型热电池的工作是美国宇航局格伦研究中心正在进行的工作的一部分,该中心开发了一个小型金星着陆器,称为长寿命原位太阳系探测器(LLISSE)。该计划利用高温系统的最新进展和新颖的操作概念,允许在金星表面运行60天或更长时间,同时着陆器收集科学数据并将其传输到金星轨道器。

  LLISSE预计重约10公斤(22磅),携带一套小型传感器,用于测量风、辐射、温度、压力和关键大气化学成分的丰度。LLISSE将是一个完整的系统,包括电子、通信和仪器,所有这些都需要电池来运行。

  ATB表示,他们预计一个完整的金星电池系统原型将在未来18个月内展示。

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