像纸一样薄的太空电池

　　文 / 夕　冉

　　神舟十七号航天员汤洪波、唐胜杰、江新林在中国空间站期间，曾出舱进行天和核心舱太阳翼的维修工作。今年3 月2 日，航天员第二次出舱，在上一次试验性维修的基础上，消除了前期因太空微小颗粒撞击对太阳翼产生的影响。现在，这对“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，航天器需要稳定的电力供给以维持自身的正常运转，其中相当一部分电力来源就是太阳能。不论是卫星、探测器还是空间站，大都离不开遨游星际的“翅膀”——太阳翼。它吸收太阳能后转化为电能，是航天器的能量之源。

　　我国的空间站采用柔性太阳翼发电。这种太阳翼更加轻便、展开面积更大、功率重量比高，能够更有效地满足实验舱内科学仪器的使用和航天员的生活用电需求。目前，天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱各配备了2套大型柔性太阳翼。太阳翼完全展开后，厚度只有0.7 毫米。而仅用4 个这样的太阳能电池翼，就能满足空间站三舱组合体80% 的能量需求。

　　通常情况下，太阳翼的发电功率会受到太阳入射角和航天器飞行姿态的影响。为了保证空间站最大限度地获得日照，科学家们在问天和梦天实验舱上安装了对日定向装置。它能够带动

　　太空电池“变形记”

　　根据基板类型，我们可以将太阳翼分为刚性太阳翼、半刚性太阳翼和柔性太阳翼。作为航天器的“能量担当”，它们各具特色、各有所长。

　　·1970 年，我国发射了第一颗人造卫星东方红一号。它形似一颗大铁球，用银锌电池进行供电。因为化学电池的使用寿命有限，东方红一号的设计工作寿命仅有20 天。·刚性太阳翼是航天史上最早的可折叠式太阳能电池翼，它稳定且不易变形。1999 年，我国的第一代刚性太阳翼伴随神舟一号在太空中亮相。自那儿之后，刚性太阳翼似乎成了神舟系列载人飞船的标配，是神舟飞船的一项标志性技术。

　　·随后，半刚性太阳翼取得了突破性进展，并于2011 年首次应用在天宫一号上。这种太阳翼更轻，有良好的空间环境防护能力，因此更加耐用，帮助天宫一号实现了在轨7年的可靠运行。

　　·随着空间基础设施的升级，航天器的太阳翼不断迭代，电池板从“硬”向“软”发展。新一代的柔性太阳翼更轻盈，能量转换也更高效。中国空间站是我国首个采用大面积柔性太阳翼的航天器，它让空间站实现了能源自由。

　　薄如纸片，却坚韧似铁

　　　　　在复杂的太空环境下，太阳翼要面临巨大的温差、粒子辐射、紫外线辐射等问题。对于裸露在外的航天器件来说，只能靠材料和结构设计来“硬抗”。

　　柔性太阳翼的设计是在超薄型轻质复合材料基板上，覆盖三结砷化镓电池片。砷化镓材料具有良好的耐高温性和抗辐射性能，在250℃的高温下也可以正常工作。而传统的硅太阳能电池在环境温度达到200℃时就基本失效了。 　　　　　为了进一步提升太阳翼的耐久性，技术人员在太阳翼上涂上了硅氧烷防护涂层。这种特殊的涂层像是给太阳翼披上了一层防护铠甲，帮助它们抵御近地轨道空间环境中原子氧的侵害。据报道，问天实验舱发射前曾完成了一系列的可靠性试验，初步验证了它的太阳能电池翼寿命可达到15 年。

　　“暗箭”难防怎么办？

　　在太空中飞行时，航天器会时不时面临微流星、太空垃圾等带来的撞击危险。肉眼可见的大型碎片倒不足为惧，只要通过监测太空碎片的分布和运动情况，及时调整空间站的姿态和行径轨迹，就能进行转向和规避；反倒是微流星或微小垃圾碎片，在星球引力的作用下，飞行速度能达到每秒钟数十千米，像暗器一样防不胜防，可能对航天器造成极大损坏。太阳翼那么轻薄、那么重要，对这样的“暗箭”该怎么防呢？

　　空间站的太阳翼电池阵采用模块化设计，大大提升了其抗碰撞能力。虽然我们看到的太阳翼是一个整体，但实际上，基板之上是由一个个独立的太阳能电池块串联和并联组成的电池阵，电池阵上还装有隔离二极管。这样一来，即使局部的电池块受到太空碎片的影响产生故障，也不会影响整个太阳翼的发电功能。即便如此，为了空间站能够长期稳定地运行，神舟十七号的航天员们还是出舱进行了极具挑战性的工作，在机械臂和队员的协同配合下，完成了对核心舱太阳翼的精细维修。

　　卫星行业的“新宠儿”

　　柔性太阳翼的发明，会加速卫星互联网的建设。在商业航天领域，银河航天公司研制的灵犀03 星是第一颗将新型柔性太阳翼与平板式通信卫星完美结合的代表。这颗卫星的太阳翼展开有9 米长，而全部收拢后的主体厚度还不到5 厘米。这样的设计不仅节约了发射成本，缩短了卫星研制周期，还能提高卫星星座的组网效率。

　　未来，随着太阳翼电池成本的降低，柔性太阳翼也可能会逐渐成为卫星的得力助手，在保证大功率输送电力的同时，让更多的载荷设备能够搭载到卫星上，给我国卫星互联网的发展带来更多的想象空间。