天上一天,地上一年?太空用电神奇在哪里

电是现代生活的生命线。飞船、卫星等航天飞行器的运转,同样离不开电能供给。正在中国空间站出差的“太空三人组”,他们的电从哪里来,他们的电够用吗?

答案就是靠航天器两边的太阳能“翅膀”。仔细观察会发现,太阳能“翅膀”由一片片半导体晶体组成,这些晶体经串联、并联后就组成了太阳电池阵,为航天器提供源源不断的能量。

可别小看太阳电池阵的威力,为空间站组合体供电的太阳电池阵,在天上连续工作一天的发电量,可抵得上一个普通家庭一年的用电量。

目前,为空间站组合体配备的太阳电池阵已经历了三代的跨越。神舟系列载人飞船采用了第一代刚性太阳电池阵技术,天舟系列货运飞船采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,实现了同步迭代,可以完全满足空间站多系统的用电需求。

值得一提的是,今年我国空间站即将完成全面建造,对整舱的体积、重量,特别是功率提出了更高要求。为“寸土寸金”的核心舱提供的最新一代柔性太阳电池阵,如何实现“小体积”爆发“大能量”?中国电科在体积、发电量、环境适应性方面对电池进行了全面升级。

同样功率,体积减小一半,这是柔性电池的“秘密武器”。最新的柔性太阳电池阵采用了厚度不足1毫米的单体,整体重量较传统太阳电池阵减少了一半以上,而且每片都薄若蝉翼地压拢在一起,犹如古代奏章一样的形式,在空间站发射阶段,折叠收拢压紧于收藏箱内,到了太空以后再展开发电。

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。现在空间站在轨的运行时间可延长至15年。

鲜为人知的是,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的侵蚀和强紫外线照射等……

为了提高太阳电池阵耐受空间辐射等能力,技术人员在太阳电池片上设计了石英盖片,为太阳电池阵装上防御的“铠甲”。通过在透明的石英盖片表面涂抹减反射层,就可以吸收更多的光射到电池表面,提高太阳电池发电本领,降低工作温度。同时,有了石英盖片的保护,太阳电池还能免受空间辐射环境的影响,提高其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。

现在,我们的太空“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,即使面对太空复杂的供电环境,也能安稳续航,为空间站提供源源不断的能量。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,功率将超过100千瓦。