作者:崔兴毅 来源:光明日报 发布时间:2022/7/26 9:17:55
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太阳电池阵:“天宫”的“能量加油站”

 

作者:本报记者 崔兴毅《光明日报》( 2022年07月26日 01版)

现如今,我们的生活根本离不开电,出差时没有移动电源,手机都不敢撒开了用。电能丰富的地面尚且如此,身在太空的“出差三人组”,是如何实现充电自由的呢?要知道,那些飞行器的运转,可都需要电能供给。

答案藏在飞行器两边的巨型翅膀里。

仔细观察你会发现,飞行器翅膀上装有许许多多深色玻璃的小镜子,每一个小镜子宛如一座小型太空发电站,经串联、并联后组成太阳电池阵,从而获得较高的电压和较大的电流,为航天器源源不断提供能量。

可别小看这些玻璃片,它们的威力可大啦!它们在天上连续工作一天的发电量可抵得上一个家庭约一年的用电量!

“如此大量的用电需求,需要依靠各个飞行器的太阳电池阵齐发力。”中国电科太阳电池阵专家苏彬介绍,根据每个飞行器的特质按需定制,我国打造了三代各具特色的太阳电池阵。

“比如,神舟系列载人飞船采用了第一代刚性太阳电池阵技术;天舟系列货运飞船应用了第二代半刚性模块化太阳电池阵技术;空间站核心舱则是我国首次应用第三代柔性太阳电池阵技术。”

这三代电池阵产品各有特色,有的是性能较稳定,有的是发电能力较强,有的则是体积小。不同特性的电池阵组合在一起后,形成一个太阳电池阵,宛如一座巨大的“能量加油站”,可以完全满足空间站多系统的同时用电需求。

目前最新一代的太阳电池阵是柔性阵,也是最新的明星产品。2021年发射的天和核心舱就采用了这种太阳电池阵,这也是该技术在我国航天工程领域的首次应用。

今年,随着正在开启的6次重大发射任务,我国空间站即将完成全面建造。这对整舱的体积、重量,特别是功率提出了更高要求。可“寸土寸金”的核心舱,如何实现“小马拉大车”?

最新的柔性太阳电池阵便采用了单板厚度不足1mm的单体,整体面积重量较传统太阳电池阵减少了一半以上。即便已是“纤肢曼体”,科研人员还在绞尽脑汁压缩。苏彬介绍:“我们把每块太阳电池板设计成古代奏章那样,在空间站发射阶段,可以相互折叠收拢压紧于收藏箱内,但光电转换效率却提高了近20%。”

面积体积压缩了,发电量会不会降低?

“当然不会!”苏彬表示,为确保空间站在轨寿命,中国电科研制团队持续开展高压柔性太阳电池阵发电试验,在完成8万余次高低温循环试验后,最终实现太阳电池光电转换效率突破30%,达到世界先进水平。

“相比之前载人航天任务最长2年的设计寿命,现在空间站在轨的运行时间可延长至15年。”苏彬介绍,在天和、问天、梦天三舱组合后,柔性太阳电池阵总发电面积接近400平方米,总共可提供超过100千瓦的电能。

不过,想要电能源源不断,还得防御复杂太空环境的危险——

每天在轨飞行的太阳电池阵都要经受十几次的高低温循环温度考验,遭受腐蚀性极强的原子氧侵蚀,接受到会使材料变脆变暗的强紫外线照射等。

怎么办?“我们在太阳电池片上设计了石英盖片,用于减少对太阳光的反射,滤去有害的紫外线,同时提高太阳电池耐受空间带电粒子辐射损伤的能力,减少太阳电池性能的衰降。”苏彬介绍,他们还给柔性基板添加了超薄硅橡胶“铠甲”,顺利通过了大剂量的原子氧、高低温、紫外线等环境考核试验。

现在,我们的巨能太空发电站,在平均光电转换效率、发电能力等方面都达到了国际领先水平,即使面对超低轨中复杂的供电环境,也能让属于中国的太空之家能量充沛、稳如泰山!

(本报记者 崔兴毅)

 
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