每平米造价100万元,每天发电1000度,天宫“充电宝”究竟如何?

能否归途讲历史 2022-12-28 10:07:45

随着一批又一批航天员的升空和返航,中国空间站的建设已经步入了尾声,而除了“中国速度”令人震惊以外,“中国质量”也令人啧啧称奇。

作为一个新时代的空间站,中国空间站在某些方面的性能确实很强悍,比如咱们今天要说的属于中国空间站的“充电宝”,它每天能够发电1000度,但每平米造价可达100万元。

那么,这个“充电宝”到底是什么?它的存在有何价值呢?

中国空间站的关键技术

中国天宫空间站是以三舱T字构型为基本结构的,这三个舱段分别是天和核心舱、问天实验舱和梦天实验舱。在这个结构当中。天和核心舱处在居中位置,此外它也是我国率先发射的舱段。

作为一个由中国自主研发、搭建的空间站,天宫空间站成为了“中国制造”的新骄傲。因为人们在研制的过程中,对大量的关键技术进行了创新升级,比如在空间站机械臂、高效电源系统、物化再生生保、在轨推进剂补加等等。

以物化再生生保技术为例,它就是宇航员在空间站中正常生活的关键所在,因为它的存在会降低宇航员生活消耗品的补给需求,使空间站变成一个小型的生态圈,实现“生态循环”。

天宫空间站当中的再生生保系统包括多种再生方式,比如电解制氧、二氧化碳去除、水处理、尿处理等。其中尿处理的子系统,能够帮宇航员解决“水源”问题。

除了创新性的再生生保系统以外,天宫空间站的高效电源系统也十分优秀,甚至常常被拿来与国际空间站进行对比。许多网友称其为空间站的“充电宝”,能够让空间站时刻保持“满电”状态。

中国空间站的“充电宝”到底是什么?

这个所谓的“充电宝”,和大家想象中的有些不一样,其电力来源是太阳,因为从本质上来说,它是一个“太阳翼”。

这种太阳翼主要是由基板、板间铰链机构、根部铰链机构和电池电路等部分组成的,它与空间站的舱体结构相连,在发射时可以收拢并且固定在舱体结构的侧壁上。

在入轨之后,人们就会使用专门的飞行程序对其进行解锁释放、展开,并且为了能够顺利发电,还会让它“跟踪太阳”。人类发明这种太阳翼的时间很早,大约是上世纪中期,而空间站上的太阳翼类型也不一样,可以分为两种,一种是半刚性太阳翼,另一种则是柔性太阳翼,两种太阳翼的优势不同。

国际空间站和我国天宫空间站,所使用的的都是柔性太阳翼,它相较于另一种太阳翼来说,拥有收拢后体积更小、质量更轻的优势。一般来说,这种太阳翼拥有伸展机构、抬升机构、柔性太阳电池阵等结构。

国际空间站上的柔性太阳翼,基板上装有发电效率为14.2%的电池片,并且拥有双面发电板块,不过背面的发电效率明显不如正面。

而我国天宫空间站上的太阳翼有明显的升级,不仅在三个舱段各配备了两个太阳翼,还在太阳翼上粘贴了发电效率可达30%的三结砷化镓电池片。

值得一提的是,各个舱段的太阳翼翼展还有着明显的区别,比如天和核心舱太阳翼展开之后长度为12.6米,问天实验舱和梦天实验舱的太阳翼,展开之后则能达到27米。

在拥有这些“太空充电宝”以后,天宫空间站整站的发电功率大幅度提升,每天的发电量在1000度左右。

此外,为了保证这些“充电宝”能够时刻跟踪太阳,在阳照区随时正对太阳,提升其发电能力,两个实验舱的太阳翼还采用了双自由度驱动机制,确保能够随时对日定向。

当然,想创造出如此高性能的柔性太阳翼并不是一件容易的事情,不论是在人力还是财力方面,我们都付出了很多。

咱们在上文中提到了,天宫空间站太阳翼上的电池片发电效率相较于国际空间站太阳翼电池片发电效率,无疑高出了一倍有余。而之所以能取得这样的成就,主要得益于我国使用的新材料,这种材料是第二代半导体砷化镓。

为了研制出这种材料,曾在美国任职的半导体专家林兰英专门回到了国内,然后帮助中国研制出了相关的材料。在经过各种技术的融合之后,咱们终于将其制成了太阳翼上的电池片,利用它来做空间站的“充电宝”。

据悉,这种材料的造价非常高,一平方厘米的价格就能轻松超过100元,在这种情况下,每平方米的造价自然能轻松达到100万元了。而天和核心舱上太阳翼展开之后,面积都已超过了130平方米,因此大家可以想象一下总价达到了多少。

除此之外,天宫空间站的柔性太阳翼还是由碳化硅增强铝基复合材料制成的,这使其拥有了其他的一些优势。比如说耐磨性能强、热膨胀系数小、导热性能高等等,这些特殊材料再次提升了太阳翼的能源转换效率,使其成为了名副其实的“充电宝”。

资料显示,仅天和核心舱的单翼,就能为空间站提供9000瓦的电能,在满足舱内所有设备正常运转的同时,完全可以保证航天员在空间站中的日常生活。

太阳翼满足了空间站舱内设备运转需求

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