太陽電池陣:“天宮”的“能量加油站”
【曬曬咱的國之重器33】
現(xiàn)如今,我們的生活根本離不開電,出差時沒有移動電源,手機都不敢撒開了用。電能豐富的地面尚且如此,身在太空的“出差三人組”,是如何實現(xiàn)充電自由的呢?要知道,那些飛行器的運轉(zhuǎn),可都需要電能供給。
答案藏在飛行器兩邊的巨型翅膀里。
仔細(xì)觀察你會發(fā)現(xiàn),飛行器翅膀上裝有許許多多深色玻璃的小鏡子,每一個小鏡子宛如一座小型太空發(fā)電站,經(jīng)串聯(lián)、并聯(lián)后組成太陽電池陣,從而獲得較高的電壓和較大的電流,為航天器源源不斷提供能量。
可別小看這些玻璃片,它們的威力可大啦!它們在天上連續(xù)工作一天的發(fā)電量可抵得上一個家庭約一年的用電量!
“如此大量的用電需求,需要依靠各個飛行器的太陽電池陣齊發(fā)力。”中國電科太陽電池陣專家蘇彬介紹,根據(jù)每個飛行器的特質(zhì)按需定制,我國打造了三代各具特色的太陽電池陣。
“比如,神舟系列載人飛船采用了第一代剛性太陽電池陣技術(shù);天舟系列貨運飛船應(yīng)用了第二代半剛性模塊化太陽電池陣技術(shù);空間站核心艙則是我國首次應(yīng)用第三代柔性太陽電池陣技術(shù)?!?/p>
這三代電池陣產(chǎn)品各有特色,有的是性能較穩(wěn)定,有的是發(fā)電能力較強,有的則是體積小。不同特性的電池陣組合在一起后,形成一個太陽電池陣,宛如一座巨大的“能量加油站”,可以完全滿足空間站多系統(tǒng)的同時用電需求。
目前最新一代的太陽電池陣是柔性陣,也是最新的明星產(chǎn)品。2021年發(fā)射的天和核心艙就采用了這種太陽電池陣,這也是該技術(shù)在我國航天工程領(lǐng)域的首次應(yīng)用。
今年,隨著正在開啟的6次重大發(fā)射任務(wù),我國空間站即將完成全面建造。這對整艙的體積、重量,特別是功率提出了更高要求。可“寸土寸金”的核心艙,如何實現(xiàn)“小馬拉大車”?
最新的柔性太陽電池陣便采用了單板厚度不足1mm的單體,整體面積重量較傳統(tǒng)太陽電池陣減少了一半以上。即便已是“纖肢曼體”,科研人員還在絞盡腦汁壓縮。蘇彬介紹:“我們把每塊太陽電池板設(shè)計成古代奏章那樣,在空間站發(fā)射階段,可以相互折疊收攏壓緊于收藏箱內(nèi),但光電轉(zhuǎn)換效率卻提高了近20%?!?/p>
面積體積壓縮了,發(fā)電量會不會降低?
“當(dāng)然不會!”蘇彬表示,為確??臻g站在軌壽命,中國電科研制團隊持續(xù)開展高壓柔性太陽電池陣發(fā)電試驗,在完成8萬余次高低溫循環(huán)試驗后,最終實現(xiàn)太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率突破30%,達(dá)到世界先進(jìn)水平。
“相比之前載人航天任務(wù)最長2年的設(shè)計壽命,現(xiàn)在空間站在軌的運行時間可延長至15年?!碧K彬介紹,在天和、問天、夢天三艙組合后,柔性太陽電池陣總發(fā)電面積接近400平方米,總共可提供超過100千瓦的電能。
不過,想要電能源源不斷,還得防御復(fù)雜太空環(huán)境的危險——
每天在軌飛行的太陽電池陣都要經(jīng)受十幾次的高低溫循環(huán)溫度考驗,遭受腐蝕性極強的原子氧侵蝕,接受到會使材料變脆變暗的強紫外線照射等。
怎么辦?“我們在太陽電池片上設(shè)計了石英蓋片,用于減少對太陽光的反射,濾去有害的紫外線,同時提高太陽電池耐受空間帶電粒子輻射損傷的能力,減少太陽電池性能的衰降?!碧K彬介紹,他們還給柔性基板添加了超薄硅橡膠“鎧甲”,順利通過了大劑量的原子氧、高低溫、紫外線等環(huán)境考核試驗。
現(xiàn)在,我們的巨能太空發(fā)電站,在平均光電轉(zhuǎn)換效率、發(fā)電能力等方面都達(dá)到了國際領(lǐng)先水平,即使面對超低軌中復(fù)雜的供電環(huán)境,也能讓屬于中國的太空之家能量充沛、穩(wěn)如泰山!
(本報記者 崔興毅)
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