航天器主要采用什么電源？

航天器上許多電子設(shè)備，所以，電源對于航天器來講是必不可少的，電源功率的大小和壽命對航天器的性能有至關(guān)重要的影響?，F(xiàn)代航天器在與火箭分離后首先要展開太陽電池翼，否則難以正常工作運(yùn)行。在實(shí)際運(yùn)行過程中，也常常出現(xiàn)因電源故障而導(dǎo)致航天器報(bào)廢。因此，航天器電源至關(guān)重要。

1 主打太陽能電池

航天器電源分系統(tǒng)用于產(chǎn)生、存儲和變換電能，包含發(fā)電裝置、電能存儲裝置、電源功率調(diào)節(jié)、電源電壓變換等硬件，其功能對提高航天器完成廣泛而復(fù)雜任務(wù)具有重要影響。所以，隨著航天器技術(shù)的發(fā)展，其電源功率也在不斷提高，已從最初的幾十瓦增加到十幾千瓦甚至幾十千瓦。目前，航天器上的常用電源有太陽能電池電源、化學(xué)電源和核電源等多種。

太陽能是一種取之不盡、用之不竭的能源。因此，目前大多數(shù)航天器都主要采用太陽能電池，因?yàn)檫@種電池可利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，能工作幾年甚至幾十年。早期的人造地球衛(wèi)星是把太陽電池片貼在航天器星體表面，即采用體裝式電源。但由于面積較小，所以采用這種方式發(fā)電功率不高。現(xiàn)在的航天器都把數(shù)以萬計(jì)的太陽電池片貼在面積很大的板上，然后把整塊太陽電池板安裝在航天器星體外面，因此發(fā)電功率較高。

太陽能電池貼在衛(wèi)星星體表面的中國東方紅－2試驗(yàn)通信衛(wèi)星

由我國制造的委內(nèi)瑞拉衛(wèi)星－1進(jìn)行太陽電池翼展開試驗(yàn)

太陽電池片有的是采用硅材料制造，有的采用砷化鎵材料制造，由于后者光電轉(zhuǎn)換效率高于前者，達(dá)到20%以上，所以航天器目前廣泛采用砷化鎵太陽電池片。另外，為了進(jìn)一步增加太陽電池片數(shù)量，中大型航天器多采用由數(shù)塊太陽電池板連接而成的太陽電池翼。它很像飛機(jī)的翅膀，由于太大，火箭裝不下，所以在發(fā)射時(shí)太陽電池翼是處于折疊狀態(tài)或卷起來，航天器與火箭分離后再展開太陽電池翼。為了使航天器上的太陽電池翼總是朝向太陽，以進(jìn)一步提高航天器上太陽電池的工作效率，獲取最大的電能，不少航天器上的太陽電池翼采用了以下先進(jìn)技術(shù)，一是裝有驅(qū)動機(jī)構(gòu)，它能帶著太陽電池翼像槳輪一樣實(shí)現(xiàn)360°的轉(zhuǎn)動；二是用太陽敏感器來捕獲太陽的方位，然后不斷控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)一直保持太陽電池翼獲得最佳的太陽入射角，從而為航天器提供更高效的能源。

我國天宮－1的資源艙艙外安裝了一對由4塊太陽電池板組成的半剛性砷化鎵材料的太陽電池翼，展開后總長18.4m，功率為3kW，發(fā)電效率高達(dá)27%～28%。艙內(nèi)首次應(yīng)用了低軌長壽命高充放電倍率氫鎳電池組。

2 航天器上有化學(xué)電池嗎？

航天器采用太陽電池供電具有壽命長、質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)，但其首要條件就是太陽電池翼必須在太陽光的照射下才能產(chǎn)生電源。那么當(dāng)航天器進(jìn)入地球的陰影區(qū)，太陽照不到航天器的太陽電池翼時(shí)怎么辦呢？目前的辦法是把太陽電池陣與蓄電池（即可充電的電池）一起組成太陽電池陣-蓄電池組電源系統(tǒng)，這樣就可以解決航天器進(jìn)入陰影區(qū)的供電問題，保證航天器連續(xù)正常工作。其具體過程是：當(dāng)航天器飛到陽照區(qū)時(shí)，太陽電池陣一方面給航天器上的設(shè)備供電，另一方面向蓄電池組充電，把多余的電能儲存起來；當(dāng)航天器飛到陰影區(qū)時(shí)，由蓄電池給航天器上的設(shè)備供電。

我國的天宮－1目標(biāo)飛行器和與之交會對接的“ 神舟” 飛船都各自裝有一對發(fā)電能力上千瓦的太陽電池翼

安裝美國航天飛機(jī)上的氫氧燃料電池

航天器上用的蓄電池與地面上使用的蓄電池在原理上是一樣，可以多次充放電，但要求轉(zhuǎn)換效率高、質(zhì)量小、壽命長。好的蓄電池可達(dá)到數(shù)萬次充放電。

蓄電池現(xiàn)有多種，如鋅銀電池和鋰電池，其性能主要用比能量的大小來衡量。所謂比能量就是單位質(zhì)量的電池能夠產(chǎn)生的電能，電池的比能量越高性能就越好。鋅銀電池的比能量為156～238Wh/kg，鋰電池的比能量為200～500Wh/kg，因此鋰電池前景廣闊。

有的航天器也用燃料電池，比如美國航天飛機(jī)上有3個(gè)氫氧燃料電池和3個(gè)鎳鎘電池。燃料電池是一種不同于一次性電池或蓄電池的化學(xué)電池，可把儲存在燃料中的化學(xué)能經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變成電能。這種電池也有很多種類，如氫氧燃料電池，這種電池是利用氫和氧的“燃燒”作用產(chǎn)生熱能來發(fā)電的，比能量很高，但是比較復(fù)雜，且有一定危險(xiǎn)。

總的來講，不管使用何種蓄電池，它們的比能量都比較低，且壽命不是特別長。

3 為什么目前航天器很少使用核電源？

目前，全球已建立了多座核電站，那么，在航天器上是否能使用核電源呢？按理說是可以的。這種電源是一種利用放射性同位素蛻變或放射性同位素裂變所釋放的能量，通過熱電轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置。使用核電源能克服太陽電池陣、化學(xué)電源各自的不足。與太陽電池陣-蓄電池電源系統(tǒng)相比，空間核電源的主要優(yōu)勢是：單位質(zhì)量功率大、成本低；不依賴太陽能，不受塵埃、高溫和輻射等因素影響，環(huán)境適應(yīng)能力和生存能力強(qiáng)。由于采用核電源的航天器外部沒有大面積太陽電池翼，所以航天器在低軌道飛行時(shí)受太空中殘存大氣阻力影響較小。

美國航天專家打開裝在筒內(nèi)的放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器

定于2015年抵達(dá)冥王星的美國“新地平線”探測器裝有核電源（左邊黑色圓柱體）

航天器上用的核電源主要由熱源、熱電轉(zhuǎn)換裝置和散熱器等組成，其中熱源有放射性同位素源和核反應(yīng)堆兩種，熱電轉(zhuǎn)換裝置有溫差熱電偶和熱離子二極管等多種，用不同的熱源、熱電轉(zhuǎn)換裝置能組成不同種類的核電源。目前，已進(jìn)入實(shí)用階段的核電源有放射性同位素溫差發(fā)電器、核反應(yīng)堆熱離子發(fā)電器兩種。前者發(fā)電功率為幾十至幾百瓦，后者發(fā)電功率為幾千瓦至數(shù)十千瓦。

實(shí)際上，無論哪種核電源，它們都是利用原子核的突變（衰變或裂變）所釋放的能量來發(fā)電的。這些能量以熱的形式輸出，由熱電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電能。

俗話說，人無完人，金無足赤，核電源也不例外。它有一些明顯的缺陷，比如航天器上使用核電源時(shí)，要求對航天器上的儀器設(shè)備采用輻射屏蔽措施，這樣就增大了航天器質(zhì)量；此外，核電源價(jià)格昂貴，且不安全，如果采用核電源的航天器發(fā)生故障而墜毀，它會對大氣和地球造成污染。1978年1月24日，蘇聯(lián)宇宙－954核動力航天器發(fā)生故障而自然隕落，結(jié)果未燃盡的帶有放射性的航天器碎片散落在加拿大境內(nèi)，造成嚴(yán)重的污染和巨大的恐慌。所以，載人航天器目前不采用核電源，人造地球衛(wèi)星采用核電源的也很少，現(xiàn)代化的太陽電池陣-蓄電池組電源系統(tǒng)已能滿足這些航天器的需求，只有一些遠(yuǎn)離太陽的木星探測器、土星探測器等空間探測器才采用核電源。