太空用電神奇在哪里

文／蘇 彬

電是現代生活的生命線。飛船、衛星等航天飛行器的運轉，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”。仔細觀察，你會發現太陽能“翅膀”由一片片半導體晶體組成，這些晶體經串聯、并聯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，在天上連續工作一天的發電量，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，天舟系列貨運飛船采用了第二代半剛性模塊化太陽電池陣技術，空間站核心艙則采用了第三代柔性太陽電池陣技術。這三代電池陣產品各有特色，實現了同步迭代，可以完全滿足空間站多系統的用電需求。

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，如何實現“小體積”爆發“大能量”？中國電科在體積、發電量、環境適應性等方面對電池進行了全面升級。

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。在空間站發射階段，它被折疊收攏，壓緊于收藏箱內，到了太空以后再展開發電。

為確保空間站在軌壽命，中國電科研制團隊持續開展高壓柔性太陽電池陣發電試驗，在完成8 萬余次高低溫循環試驗后，最終實現太陽電池光電轉換效率突破30%，達到世界先進水平。現在空間站在軌的運行時間可延長至15年。

鮮為人知的是，想要電能源源不斷，還得防御復雜的太空環境帶來的危險：每天在軌飛行的太陽電池陣都要經受十幾次的高低溫循環溫度考驗，遭受腐蝕性極強的原子氧的侵蝕和強紫外線照射等。

為了提高太陽電池陣耐受空間輻射的能力，技術人員在太陽電池片上設計了石英蓋片，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，提高太陽電池發電本領，降低工作溫度。同時，有了石英蓋片的保護，太陽電池還能免受空間輻射環境的影響，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。

現在，我們的太空“發電站”在平均光電轉換效率、發電能力等方面都達到了國際領先水平，即使面對太空復雜的供電環境，也能安穩續航，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電面積接近400 平方米，總共可提供超過100千瓦的電能。