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【国际空间站使用8个巨型太阳翼提供能量】
中国空间站一期建成之后 , 有3个大型舱室 , 大概是90吨重量 , 其中问天、梦天各有两组太阳翼 , 天和核心舱还有2组太阳翼 , 总共六组 , 都是中国独创应用的柔性太阳翼 。
中国空间站未来可以拓展到180吨 。 虽然天宫本身已经不小 , 但相比国际空间站还是有些差距 。 国际空间站是个420吨的太空怪兽 , 拥有8个大型太阳翼 , 6个大型舱室 , 无论是个头还是太阳翼数量 , 都比天宫大了很多 。
但是 , 在这些数据对比里 , 有项数值却完全不成比例 。 那就是在重量、数量都相差较大的前提下 , 中国天宫空间站的发电功率 , 居然与国际空间站差不多 。 换句话说 , 中国天宫用小得多的尺寸和重量 , 实现了对国际空间站发电功率、有效舱室体积等指标的追赶 。
【天宫发电主要靠四个大型太阳翼 , 再加上其他太阳能板 , 发电总功率超过100千瓦】
天宫发电能力 , 与国际空间站不相上下国际空间站靠8个电池板 , 可以产生84-120千瓦的电力 。 与梦天完成对接后 , 天宫靠6套电池板 , 设计发电功率就已经超过100千瓦 , 两者发电能力已经基本相同 。 这是什么原因?
是天宫的太阳能板更大吗?结果数据显示 , 并不是这样 , ISS的面积反而更大 。 国际空间站的太阳翼 , 长度超过30米 。 天宫最大的四个太阳翼 , 规格是27米X4米 , 展开面积只有138平米 。
【ISS的太阳翼更为巨大 , 乍看与天宫的差不多 , 其实完全是两码事】
发电能力强 , 关键在材料上用这么小的身板 , 发这么强的电 , 其实关键就在材料与技术上 。 乍看ISS与天宫都是太阳翼 , 样子结构都差不多 , 但实际上完全是两个时代的产物 。
中国空间站的柔性太阳翼 , 完全是自主研制 , 寿命长、可靠性高、可以重复展开收放 , 厚度只有0.7毫米 , 采用三结砷化镓材料 , 发电效率超过30% , 采用锂电池存储能源;而且有独特的太阳定向装置 , 随时正对着太阳 , 确保发电效率 。
整个中国空间站 , 每天发电量可以达到约1000度 , 可以保证空间站几十个实验机柜的全天运作 , 还有能量富余 。 关键是 , 中国空间站的太阳翼采用二次展开的独特设计 , 结构和材料领先世界 , 重量比国际空间站大大减轻 , 不需要复杂的桁架结构 , 日后维护更换也更方便 。
早在1890年代 , 不到20岁的法国物理学家埃德蒙·贝克勒尔 , 其实就已经发现了光伏效应 , 给人类的能源领域打开了全新的大门 。 但因为功率太低 , 这技术在地面上一直没怎么开发利用 , 直到20世纪50年代太空时代开启 , 才开始大放光彩 。 1958年首次用在了美国卫星上 , 当时发电功率 , 只有5毫瓦 。
【天才物理学家埃德蒙·贝克勒尔 , 光伏效应也被称作贝克勒尔效应】
太阳的辐射强度 , 在地球附近是稳定不变的 , 想要提升太阳能发电功率 , 只有2个办法:一个是增大面积 , 一个是增强光电转换效率 。 实际上在1998年时 , 国际空间站使用的已经是较为先进的硅基太阳能电池板了 , 不但面积巨大 , 转换效率也达到了14% 。
【中国太空“巨舰”充电宝:每平米造价100万元,每天发电1000度!】
【先锋1号是美国第二颗卫星 , 其实只有巴掌大 , 可见当时美国航天技术确实有些落后苏联】
但是作为第一代半导体材料 , 想再提升硅基太阳能的发电功率 , 已经比较困难了 。 有人就想到了新材料 , 那就是第二代半导体砷化镓 。 相比转换效率最高14%的硅基 , 砷化镓的光电转换效率可以超过30% , 直接翻倍 。
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