深空任务使用核电池在远离太阳的地方提供稳定的电力。当太空太阳能电池距离太阳较远时，其工作效果就会不佳。由于深空的阳光会变弱，工程师们正在寻找新的答案。效率、持续时间、安心性和可靠性有助于决定使用哪种电力系统。较好的技术可以使任务成功或失败。
核电池可以长时间提供稳定的电力。它们在远离太阳的地方工作得很好。这使得它们非常适合深空旅行。
太空太阳能电池 在靠近太阳的地方工作效果优选。当航天器飞得更远时，它们就会失去动力。这限制了它们在深空的使用。
核电池没有活动部件。他们在黑暗和寒冷中工作。它们可以持续很多年。这为航天器提供了可靠的能源。
薄型太阳能电池板等新事物可能在未来有所帮助。电力推进和更好的核电池也能有所帮助。这些可以让太空力量很快变得更好。
安心措施可力保核电池在发射和飞行过程中的安心。太阳能电池是安心的，在地球附近不需要燃料。
核电池很适合深空旅行。当阳光微弱或消失时，它们会提供稳定的电力。随着航天器远离太阳，太阳能电池会变得越来越弱。工程师们选择核电池用于穿越火星或进入外太阳系。太阳能电池在太阳附近仍然可以正常工作，例如在地球或火星上。对于深空来说，核电池的使用寿命更长、更可靠。
| 技术 | 深空适用性 | 长寿 | 可靠性 |
|---|---|---|---|
| 核电池 | ⭐⭐⭐⭐⭐ | 高的 | 高的 |
| 太阳能电池 | ⭐⭐ | 中等的 | 中等的 |
注：航行者号和新视野号等任务使用核电池。这些电池帮助它们在远离太阳的地方工作。
深空任务有很多问题需要解决。电力系统必须能够持续使用多年而无需维修。良好的能量使航天器能够正常工作并将数据发送返回首页。如果没有足够的力量，任务可能无法进行。
深空通信需要地球的强信号。
航天器使用高增益天线和强大的发射器来发送消息。
美国宇航局的深空网络使用大型天线和强大的发射器与遥远的航天器通信。
即使太阳距离很远，可靠的电力也能帮助这些系统正常工作。
核电池让航天器能够访问新的地方并发回科学数据。这些电力系统使深空旅行成为可能，并帮助科学家了解太空。
太空太阳能电池 将阳光转化为电能。它们具有特殊的层，可以捕获来自太阳的能量。吸收层是主要部分。当阳光照射到它时，电子就会被激发。这些电子穿过细胞并产生电流。电池的设计有助于电子快速移动。这也可以防止他们迷路。带隙能量决定了电池可以使用多少阳光。良好的载流子迁移率有助于电子快速移动。这使得细胞更好地工作。稳定性很重要，因为太空是一个艰难的地方。
| 科学方面的 | 解释及其对空间太阳能电池机制的影响 |
|---|---|
| 细胞结构 | 该电池具有基板、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和金属电极。吸收层通过激发电子将阳光转化为电能。 |
| 载流子动力学 | 电子和空穴必须良好地移动。科学家们利用材料掺杂、界面工程和形态优化来帮助实现这一目标。这些步骤降低了复合并有助于释放更多电流。 |
| 带隙能量 | 这决定了细胞可以使用什么阳光。它影响细胞将光转化为电能的能力。 |
| 运营商移动性 | 这显示了电荷载流子在电池中移动的速度有多快。它改变了细胞的工作方式。 |
| 稳定 | 这表明太阳能电池在太空中能持续多久。随着时间的推移，它们的工作效果很重要。 |
| 形态学 | 钙钛矿层的形状很重要。它改变了损失的电荷量和产生的电流量。 |
太空太阳能电池有很多优点。它们提供清洁能源，不需要燃料。它们在太阳附近工作得较好，比如在地球或火星。这些细胞不需要太多护理，可以持续很长时间。但是，远离太阳，它们的力量就会减弱。灰尘、辐射以及极热或极冷的天气都会降低它们的工作性能。太空太阳能电池无法在阴影或夜间工作。
提示：工程师使用太空太阳能电池执行接近太阳的任务。那里的阳光强烈而稳定。
日本制造很薄 钙钛矿太阳能电池板。这些面板重量轻且可弯曲。这使得它们很容易被送往太空并装上航天器。它们还能很好地将阳光转化为电能。科学家们一直在努力使这些面板在太空中的使用寿命更长。另一个新想法是太阳能卫星。这些卫星可以收集太空中的太阳能。他们可以用微波或激光将其发送到航天器，甚优发送到地球。这些新想法可能会改变未来空间太阳能电池的使用方式。
核电池也称为放射性同位素热电发电机（RTG）。他们利用热量发电。热量来自电池内部的放射性衰变。内部的特殊材料在分解时会释放热量。热电偶将这种热量转化为电能。这些电池没有活动部件。这使得它们在太空中非常可靠。他们可以在黑暗或非常寒冷的地方工作。它们也在远离太阳的地方工作。当太阳能电池不能提供足够的能量时，工程师会使用这些电池。
注意：RTG 不使用核裂变或核聚变。他们只利用放射性元素的稳定衰变。
有不同类型的核电池。很常见的类型使用钚238。一些新产品使用镅241或锶90。每种类型都有自己的优点。
| 类型 | 主要用途 | 输出功率 | 寿命 |
|---|---|---|---|
| 钚-238 RTG | 深空探测器 | 缓和 | 10-50年 |
| 镅-241 RTG | 长期任务、研究 | 降低 | 长达 100 年 |
| 锶90 RTG | 卫星、信标 | 低的 | 10-20年 |
航天机构使用核电池进行远离太阳的旅行。航行者号、卡西尼号和新视野号都使用 RTG。这些电池还为阳光较弱的行星上的着陆器和漫游车提供动力。
日本制造了新型镅241电池。这种电池可为航天器提供长达 100 年的电力。它有助于使很长的任务成为可能。镅比钚更容易获得。这使得这些电池更加有用。科学家们致力于让核电池更安心。他们使用坚固的盾牌来保护人和环境。现代 RTG 具有安心系统，即使在发生事故时也能阻止泄漏。
核电池的使用寿命比太阳能电池长得多。他们在恶劣的太空条件下继续工作。这使它们成为深空探索的首选。
核推进从核反应中获取能量来移动航天器。该系统可以使航天器的速度比化学火箭快得多。工程师使用核热推进。在这个系统中，反应堆加热氢等推进剂。热气体从发动机中喷出，推动航天器前进。核推进有助于任务更快地到达遥远的行星。即使太阳距离很远，它也能很好地工作 太阳能发电 较弱。科学家们正在努力使这些发动机更安心、更好。
高能激光器可以从远处向航天器发送能量或推动。地面站或卫星向航天器的太阳能电池板或特殊帆发射激光束。航天器收集这种能量并将其用作动力或移动。这种方法有助于小型探测器在太空中快速移动。激光器在航天器上不需要燃料，因此航天器更轻。但远距离瞄准激光是很困难的。云或灰尘会阻挡激光束。工程师正在测试这些系统以用于未来的深空旅行。
电力推进利用电力来加速离子并产生推力。离子推进器或霍尔效应推进器等发动机使用的燃料比化学火箭少。它们很适合需要缓慢、稳定推力的长途旅行。美国电动飞机推进市场报告显示电力推进强劲增长。市场规模将从 2024 年的 13 亿美元增长到 2033 年的 125 亿美元。更好的电池能量和更轻的材料有助于这些发动机更好地工作并降低成本。 《自然》杂志的研究表明，电力推进比旧发动机产生的碳污染更少。这些发动机帮助航天器飞得更远并保护环境。
电力推进效率高、燃料消耗低且有利于环境。这些都使它成为未来太空旅行的不错选择。
姿态控制系统帮助航天器指向正确的方向。这些系统使用传感器、陀螺仪和小型推进器来保持航天器稳定。许多研究表明，新的容错控制方法使它们更加可靠。一些重要的方法包括：
基于模型和数据的控制来养护故障
基于观察者的滑模控制，针对问题具有强大的性能
用于实时故障检测的自适应神经网络
防松散法则可节省能源并减少磨损
扩展状态观察器可以在不使事情变得不稳定的情况下发现故障
这些新系统有助于航天器在长途旅行中保持稳定和安心。良好的姿态控制对于深空旅行非常重要，尤其是当出现问题或条件艰苦时。
核电池可以提供多年电力。他们不需要阳光就能工作。 Voyager 1 和 Voyager 2 使用核电池。这些航天器在 45 年后仍然发送信号。电池为他们的工具和收音机提供能量。
太空太阳能电池 在太阳附近工作效果优选。勇气号和机遇号火星探测器使用了太阳能电池板。这些面板为他们的工具和轮子提供动力。当灰尘覆盖面板时，能量就会下降。远离太阳，太阳能电池产生的电力较少。朱诺号宇宙飞船在木星使用太阳能电池板。面板必须很大才能获得足够的阳光。
| 电源 | 示例任务 | 功率输出（深空） |
|---|---|---|
| 核电池 | 航行者一号 | 稳定、持久 |
| 太阳能电池 | 朱诺号（位于木星） | 弱，需要大面板 |
核电池在深空提供比太阳能电池更好的能量。
核电池的使用寿命很长。有些可以工作50年或更长时间。日本制造了新型镅241电池。它可能持续长达 100 年。这有助于远离地球或持续数十年的任务。
太空太阳能电池可以持续使用数年，但功率会随着时间的推移而下降。辐射、灰尘、热或冷都会伤害细胞。机遇号火星探测器运行了近 15 年。沙尘暴结束了它的使命。靠近太阳的太阳能电池比远离太阳的太阳能电池寿命更长。
核电池：供电10-100年
太空太阳能电池：5-20年，在艰苦的地方会缩短
核电池没有活动部件。这使他们非常可靠。他们在黑暗、寒冷和辐射下工作。卡西尼号探测器在土星上使用核电池长达13年。电池没有失效。
如果灰尘覆盖太空太阳能电池或处于阴影中，太空太阳能电池可能会停止运行。国际空间站使用太阳能电池板。宇航员必须清洁和养护它们。在深空，养护是不可能的。
可靠的电力有助于航天器工作并将数据发送返回首页。
核电池使用放射性物质。工程师们建造了坚固的防护罩来力求其安心。电池必须能够经受住发射和碰撞的考验。太空核电池没有发生过重大事故。
太空太阳能电池不使用危险物质。它们对人类和自然都是安心的。如果太阳能电池板破裂，不会伤害任何人。这使得太阳能电池在地球附近的任务中更加安心。
| 安心方面 | 核电池 | 太空太阳能电池 |
|---|---|---|
| 放射性物质 | 是的 | 不 |
| 启动风险 | 低（屏蔽良好） | 没有任何 |
| 环境影响 | 低的 | 没有任何 |
核电池在深空工作得较好。它们为新视野号飞越冥王星等任务提供动力。即使阳光微弱，这些电池也能提供稳定的能量。
空间 太阳能电池会失去电力。 当航天器远离太阳时，在木星，太阳能电池板一定很大。在木星之外，太阳能电池无法提供足够的能量。核电池使深空旅行成为可能。
如果没有核电池，航行者号和新视野号这样的任务就不可能发生。
新的动力系统正在改变航天器进入深空的方式。沙特阿拉伯正在投入资金开发更好的太空电力和发动机。这些新系统有助于长途旅行和太空旅游等新工作。该国还利用空间数据来改进地球上的技术。这表明太空研究对许多领域都有帮助。
卫星用锂离子电池市场正在快速增长。公司在这些电池中使用钴酸锂和磷酸铁锂。这些电池可以容纳更多能量并在太空中持续更长时间。随着越来越多的卫星被发射，需要更好的电池。
许多因素正在塑造太空力量的未来：
| 趋势 | 描述 | 影响 |
|---|---|---|
| 高效太阳能电池板 | 在低光深空工作 | 远离太阳的可靠电力 |
| 先进的太阳帆技术 | 利用阳光压力进行推进 | 使用更少的燃料执行更长的任务 |
| 人工智能驱动的系统 | 帮助数据处理和任务规划 | 改善电力使用和任务成功 |
| 可重复使用的火箭和小型卫星 | 降低成本并增加任务数量 | 需要高效、灵活的电力系统 |
人工智能现在可以帮助航天器做出选择并管理其能量。机器人利用人工智能探索行星并进行长途旅行。
科学家们也在寻找太空聚变能。伯克利等实验室测试新材料和小型聚变系统。这些测试有助于制造能够在恶劣空间中生存的电源。
一些新想法可能会永远改变深空旅行。离子推进器和霍尔推进器等电力推进系统可提供更大的推力并使用更少的燃料。这些发动机的使用寿命更长，可以让任务携带更多的科学工具。
日本镅核电池是一个新的重大进步。这种电池利用废物发电可以使用 100 多年。即使在空间狭小的地方，它又小又安心。当太阳能电池板无法工作时，前往遥远行星或月球暗面的任务可以使用这种电池。
电力推进和持久的核电池将帮助航天器飞得更远，发回比以往更多的数据。
核电池帮助航天器在深空获得稳定的电力。它们在远离太阳的地方使用寿命更长，工作效果更好。太空太阳能电池在地球附近表现良好，但在远离地球时会变弱。工程师们选择核电池用于长途旅行。新的电力系统可能会改变我们在太空中旅行的方式。科学家们不断努力让太空力量更安心、更强大。
即使没有阳光，核电池也 能一直提供电力。它们可以使用很多年，并在寒冷、黑暗的地方工作。像航行者号这样的航天器使用它们从远处发送信号。
太阳能电池就会失去电力。 当阳光较弱时，如果面板很大，他们就可以在火星上工作。越过火星，它们无法为大多数任务提供足够的能量。这就是工程师为深空选择核电池的原因。
工程师们建造的核电池具有坚固的安心防护罩。这些盾牌力求人类和自然的安心。核电池在太空中还没有发生过任何重大事故。对于每项任务来说，安心始终非常重要。
日本的镅电池可为航天器提供100年的动力。薄钙钛矿太阳能电池板重量轻且易于使用。电力推进和人工智能系统有助于更好地利用能源。这些新想法可能会改变我们探索深空的方式。
