像紙一樣薄的太空電池

神舟十七號航天員湯洪波、唐勝杰、江新林在中國空間站期間，曾出艙進行天和核心艙太陽翼的維修工作。今年3 月2 日，航天員第二次出艙，在上一次試驗性維修的基礎上，消除了前期因太空微小顆粒撞擊對太陽翼產生的影響。現在，這對“大翅膀”又在不眠不休地正常工作啦！

小小身板，大大能量

在茫茫太空中，航天器需要穩定的電力供給以維持自身的正常運轉，其中相當一部分電力來源就是太陽能。不論是衛星、探測器還是空間站，大都離不開遨游星際的“翅膀”——太陽翼。它吸收太陽能后轉化為電能，是航天器的能量之源。

我國的空間站采用柔性太陽翼發電。這種太陽翼更加輕便、展開面積更大、功率重量比高，能夠更有效地滿足實驗艙內科學儀器的使用和航天員的生活用電需求。目前，天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙各配備了2套大型柔性太陽翼。太陽翼完全展開后，厚度只有0.7 毫米。而僅用4 個這樣的太陽能電池翼，就能滿足空間站三艙組合體80% 的能量需求。

通常情況下，太陽翼的發電功率會受到太陽入射角和航天器飛行姿態的影響。為了保證空間站最大限度地獲得日照，科學家們在問天和夢天實驗艙上安裝了對日定向裝置。它能夠帶動太陽翼360°穩穩地旋轉，確保電池板始終追隨著太陽照來的方向，從而保持最高的發電效率。

薄如紙片，卻堅韌似鐵

在復雜的太空環境下，太陽翼要面臨巨大的溫差、粒子輻射、紫外線輻射等問題。對于裸露在外的航天器件來說，只能靠材料和結構設計來“硬抗”。柔性太陽翼的設計是在超薄型輕質復合材料基板上，覆蓋三結砷化鎵電池片。砷化鎵材料具有良好的耐高溫性和抗輻射性能，在250℃的高溫下也可以正常工作。而傳統的硅太陽能電池在環境溫度達到200℃時就基本失效了。

為了進一步提升太陽翼的耐久性，技術人員在太陽翼上涂上了硅氧烷防護涂層。這種特殊的涂層像是給太陽翼披上了一層防護鎧甲，幫助它們抵御近地軌道空間環境中原子氧的侵害。據報道，問天實驗艙發射前曾完成了一系列的可靠性試驗，初步驗證了它的太陽能電池翼壽命可達到15 年。

“暗箭”難防怎么辦？

在太空中飛行時，航天器會時不時面臨微流星、太空垃圾等帶來的撞擊危險。肉眼可見的大型碎片倒不足為懼，只要通過監測太空碎片的分布和運動情況，及時調整空間站的姿態和行徑軌跡，就能進行轉向和規避；反倒是微流星或微小垃圾碎片，在星球引力的作用下，飛行速度能達到每秒鐘數十千米，像暗器一樣防不勝防，可能對航天器造成極大損壞。太陽翼那么輕薄、那么重要，對這樣的“暗箭”該怎么防呢？

空間站的太陽翼電池陣采用模塊化設計，大大提升了其抗碰撞能力。雖然我們看到的太陽翼是一個整體，但實際上，基板之上是由一個個獨立的太陽能電池塊串聯和并聯組成的電池陣，電池陣上還裝有隔離二極管。這樣一來，即使局部的電池塊受到太空碎片的影響產生故障，也不會影響整個太陽翼的發電功能。即便如此，為了空間站能夠長期穩定地運行，神舟十七號的航天員們還是出艙進行了極具挑戰性的工作，在機械臂和隊員的協同配合下，完成了對核心艙太陽翼的精細維修。

衛星行業的“新寵兒”

柔性太陽翼的發明，會加速衛星互聯網的建設。在商業航天領域，銀河航天公司研制的靈犀03 星是第一顆將新型柔性太陽翼與平板式通信衛星完美結合的代表。這顆衛星的太陽翼展開有9 米長，而全部收攏后的主體厚度還不到5 厘米。這樣的設計不僅節約了發射成本，縮短了衛星研制周期，還能提高衛星星座的組網效率。

未來，隨著太陽翼電池成本的降低，柔性太陽翼也可能會逐漸成為衛星的得力助手，在保證大功率輸送電力的同時，讓更多的載荷設備能夠搭載到衛星上，給我國衛星互聯網的發展帶來更多的想象空間。

衛星互聯網——基于衛星通信技術接入互聯網，可以通俗地理解為地面基站被搬入太空中，每顆衛星都是天上的移動基站。它可以為全球用戶提供高帶寬、靈活便捷的互聯網服務。

知識鏈接

太空電池“變形記”

根據基板類型，我們可以將太陽翼分為剛性太陽翼、半剛性太陽翼和柔性太陽翼。作為航天器的“能量擔當”，它們各具特色、各有所長。

1970 年，我國發射了第一顆人造衛星東方紅一號。它形似一顆大鐵球，用銀鋅電池進行供電。因為化學電池的使用壽命有限，東方紅一號的設計工作壽命僅有20 天。

剛性太陽翼是航天史上最早的可折疊式太陽能電池翼，它穩定且不易變形。1999 年，我國的第一代剛性太陽翼伴隨神舟一號在太空中亮相。自那兒之后，剛性太陽翼似乎成了神舟系列載人飛船的標配，是神舟飛船的一項標志性技術。

隨后，半剛性太陽翼取得了突破性進展，并于2011 年首次應用在天宮一號上。這種太陽翼更輕，有良好的空間環境防護能力，因此更加耐用，幫助天宮一號實現了在軌7年的可靠運行。

隨著空間基礎設施的升級，航天器的太陽翼不斷迭代，電池板從“硬”向“軟”發展。新一代的柔性太陽翼更輕盈，能量轉換也更高效。中國空間站是我國首個采用大面積柔性太陽翼的航天器，它讓空間站實現了能源自由。