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        太空用電神奇在哪里

        2022-10-15 09:56:14文/蘇
        初中生世界 2022年33期
        關(guān)鍵詞:太陽(yáng)電池空間站飛船

        文/蘇 彬

        電是現(xiàn)代生活的生命線。飛船、衛(wèi)星等航天飛行器的運(yùn)轉(zhuǎn),同樣離不開(kāi)電能供給。正在中國(guó)空間站出差的“太空三人組”,他們的電從哪里來(lái)?他們的電夠用嗎?

        答案就是靠航天器兩邊的太陽(yáng)能“翅膀”。仔細(xì)觀察,你會(huì)發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)能“翅膀”由一片片半導(dǎo)體晶體組成,這些晶體經(jīng)串聯(lián)、并聯(lián)后就組成了太陽(yáng)電池陣,為航天器提供源源不斷的能量。

        可別小看太陽(yáng)電池陣的威力,為空間站組合體供電的太陽(yáng)電池陣,在天上連續(xù)工作一天的發(fā)電量,可抵得上一個(gè)普通家庭一年的用電量。

        目前,為空間站組合體配備的太陽(yáng)電池陣已經(jīng)歷了三代的跨越。神舟系列載人飛船采用了第一代剛性太陽(yáng)電池陣技術(shù),天舟系列貨運(yùn)飛船采用了第二代半剛性模塊化太陽(yáng)電池陣技術(shù),空間站核心艙則采用了第三代柔性太陽(yáng)電池陣技術(shù)。這三代電池陣產(chǎn)品各有特色,實(shí)現(xiàn)了同步迭代,可以完全滿足空間站多系統(tǒng)的用電需求。

        值得一提的是,今年我國(guó)空間站即將完成全面建造,這對(duì)整艙的體積、重量,特別是功率提出了更高要求。為“寸土寸金”的核心艙供電的最新一代柔性太陽(yáng)電池陣,如何實(shí)現(xiàn)“小體積”爆發(fā)“大能量”?中國(guó)電科在體積、發(fā)電量、環(huán)境適應(yīng)性等方面對(duì)電池進(jìn)行了全面升級(jí)。

        同樣功率,體積減小一半,這是柔性電池的“秘密武器”。最新的柔性太陽(yáng)電池陣采用了厚度不足1 毫米的單體,整體重量較傳統(tǒng)太陽(yáng)電池陣減少了一半以上,而且每片都薄若蟬翼,片片壓攏在一起,猶如古代奏章一樣。在空間站發(fā)射階段,它被折疊收攏,壓緊于收藏箱內(nèi),到了太空以后再展開(kāi)發(fā)電。

        為確??臻g站在軌壽命,中國(guó)電科研制團(tuán)隊(duì)持續(xù)開(kāi)展高壓柔性太陽(yáng)電池陣發(fā)電試驗(yàn),在完成8 萬(wàn)余次高低溫循環(huán)試驗(yàn)后,最終實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率突破30%,達(dá)到世界先進(jìn)水平。現(xiàn)在空間站在軌的運(yùn)行時(shí)間可延長(zhǎng)至15年。

        鮮為人知的是,想要電能源源不斷,還得防御復(fù)雜的太空環(huán)境帶來(lái)的危險(xiǎn):每天在軌飛行的太陽(yáng)電池陣都要經(jīng)受十幾次的高低溫循環(huán)溫度考驗(yàn),遭受腐蝕性極強(qiáng)的原子氧的侵蝕和強(qiáng)紫外線照射等。

        為了提高太陽(yáng)電池陣耐受空間輻射的能力,技術(shù)人員在太陽(yáng)電池片上設(shè)計(jì)了石英蓋片,為太陽(yáng)電池陣裝上防御的“鎧甲”。通過(guò)在透明的石英蓋片表面涂抹減反射層,就可以吸收更多的光射到電池表面,提高太陽(yáng)電池發(fā)電本領(lǐng),降低工作溫度。同時(shí),有了石英蓋片的保護(hù),太陽(yáng)電池還能免受空間輻射環(huán)境的影響,提高其耐受空間帶電粒子輻射損傷的能力,減少太陽(yáng)電池性能的衰降。

        現(xiàn)在,我們的太空“發(fā)電站”在平均光電轉(zhuǎn)換效率、發(fā)電能力等方面都達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平,即使面對(duì)太空復(fù)雜的供電環(huán)境,也能安穩(wěn)續(xù)航,為空間站提供源源不斷的能量。在天和、問(wèn)天、夢(mèng)天三艙組合后,柔性太陽(yáng)電池陣總發(fā)電面積接近400 平方米,總共可提供超過(guò)100千瓦的電能。

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