太空用電神奇在哪里

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)，同樣離不開電能供給。正在中國空間站出差的“太空三人組”，他們的電從哪里來？他們的電夠用嗎？

答案就是靠航天器兩邊的太陽能“翅膀”。仔細(xì)觀察，你會發(fā)現(xiàn)太陽能“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)后就組成了太陽電池陣，為航天器提供源源不斷的能量。

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

目前，為空間站組合體配備的太陽電池陣已經(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電池陣技術(shù)，空間站核心艙則采用了第三代柔性太陽電池陣技術(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。為“寸土寸金”的核心艙供電的最新一代柔性太陽電池陣，如何實(shí)現(xiàn)“小體積”爆發(fā)“大能量”？中國電科在體積、發(fā)電量、環(huán)境適應(yīng)性等方面對電池進(jìn)行了全面升級。

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發(fā)電。

為確?？臻g站在軌壽命，中國電科研制團(tuán)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(shí)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?，F(xiàn)在空間站在軌的運(yùn)行時間可延長至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(qiáng)的原子氧的侵蝕和強(qiáng)紫外線照射等。

為了提高太陽電池陣耐受空間輻射的能力，技術(shù)人員在太陽電池片上設(shè)計了石英蓋片，為太陽電池陣裝上防御的“鎧甲”。通過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，提高太陽電池發(fā)電本領(lǐng)，降低工作溫度。同時，有了石英蓋片的保護(hù)，太陽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)到了國際領(lǐng)先水平，即使面對太空復(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。