159核电池和温差发电
“在经过一段时间的训练和磨合之后,根据专家的评估报告和建议,我们会择机进行空间站关键技术验证阶段第四次飞行任务,也是空间站阶段首次载人飞行任务。”
“不是吧,难道这一次我的工作和航空航天有关?”王峰有些惊讶的说道:“我是研究电化学材料的,和航空航天这个专业离得也太远了,而且我也不是搞光电研究的,就算是想要帮到你们,怕是也力所不及呀!”
如果他是研究光电这块儿的,好歹能帮忙一起设计一下供电用的的光伏发电设备,毕竟给航天器这种设备供电用的最多的就是光伏发电了,其他的发电方式,基本上都不合适。
总不能弄一个汽油发电或者柴油发电吧,先不说带上去的成本有多高,在真空中,怎么给这些设备降温,就是一个巨大的难题。当然,噪音问题倒是解决了,因为真空根本不能传递声音。
而航天器面临的最多的问题之一就是热堆积的问题,一旦热量开始在航天器表面甚至内部堆积,那就意味着这一台航天器距离报废不远了,因为真空中几乎没有什么介质能够给它导热,热量只能通过辐射的方式散发出去,效率非常低。
“不不不,这一次确实是和你的研究方向有关,否则的话,我们也不会过来打扰你。”王司长赶忙说道,同时取出了一叠资料:“昨天你不是接了一个温差发电的研究项目吗?我们来找你,就是和这个有关。”
《关于核心舱备用电源的设计问题》
《关于月球探测器电源选择建议若干》
《关于火星探测器电源选择建议若干》
“这个是什么东西?”王峰看的是一脸雾水,有些看不懂对方了:“难道是希望我给它设计一款温差发电机?”
“不是我打击你们,请恕我直言:现在最好的光伏发电板的效率已经超过了30%,但是温差发电的效率还在10%徘徊,甚至前几天才刚刚突破到了16%,怎么看都是光伏发电板的效率更高,也更加可靠吧?”
“王教授,你不要着急,虽然说太阳能发电板确实是目前卫星和太空仓供能的主要方式,但是并不意味着我们将来也一直会利用这种方式来供电,而且这种方式并不是适合所有太空项目的。”
王司长介绍道:“其实在很早以前,我们就考虑过利用温差发电的原理,来利用放射性同位素电池来给卫星,太空舱,还有月球和火星探索装置来供电,虽然效率确实不高就是了,但是我们并没有放弃过这方面的设想。”
利用太阳能发电的好处自然是非常多的,如果说太空中有什么能源,是最便宜,最容易获取的,那就要数取之不尽、用之不竭的太阳能了。
因此,绝大多数卫星目前都采用太阳能电池。而且考虑到使用时间和重量的标记效益,这种利用半导体材料的光电效应,可以工作几年甚至几十年的供能设备,自然就成为了航天器的首选。
早期的卫星由于把太阳能电池,贴在卫星星体的表面,面积较小,发电功率不高。现在数以万计的太阳能,电池片贴在面积很大的板上,整块太阳能电池板安装在卫星星体外面,发电功率大大提高了。
更何况不止如此,现在开始广泛采用砷化镓材料,不像早期用半导体硅做成的太阳能电池片,而且光电转换效率高,能达到20%以上。
中大型卫星为了进一步增加太阳能电池片数量,多采用由数块太阳能电池板连接而成的太阳翼。由于火箭装不下太大,在发射时太阳翼处于折叠状态,火箭与卫星分离后再展开。
不少后发射的卫星上的太阳翼采用了先进技术,为了使太阳翼总是朝向太阳,以获取最大的电能:一是装有带着太阳翼转动的驱动机构;二是用太阳敏感器控制驱动机构转动太阳翼来捕获太阳的方位,为卫星提供充足的能源,使太阳光尽可能垂直于太阳翼。
当然,还有非常重要的一点就是:我们国家在光伏设备上的研发是投入了巨资的,而且取得了不菲的成果,前些年欧美国家对我国的光伏产业征收重税,就是因为我们相对于他们来说,已经形成了技术优势,产能优势和价格优势。
“不过太阳能发电虽然好处很大,但是依然有很多的问题,这些问题在卫星上的表现还不是特别严重,但是在空间站和对月探索器,甚至火星探测器上,问题就很大了。”
“太阳能发电板由于只是起到一个能量转换器的作用,本身并不具备任何能量,这就意味着他对环境的要求是非常高的,在背阳面是没有办法提供能量的,只能依靠自带的电池组。”
“首先,对于空间站来说,只用一套供电系统,这是非常危险的,就算是通过蓄电池能够分摊一些风险,但是蓄电池能够提供的能量还是太少了,毕竟一旦出现问题的话,我们要组织人力物力进行救援的话,这个时间往往是以月来计量的,蓄电池可支持不了那么长时间。”
“至于增加蓄电池的数量理论上确实可以这样做,但是那个成本将会是个天文数字,而且大量使用锂电池的话,安全性也是个问题!”
“而对于月球探测器来说,由于月球表面的环境是相对恶劣的,月球车如果背着一个大大的太阳翼,那么它出问题的概率就会大大增加,而且还会造成行动上的不便。”
“第三个就是火星探索项目了,除了会遇到和月球探测器相似的问题之外,它还有一个非常严重的问题,那就是光照的不足,火星的光照强度只有我们地球的40%,那就意味着如果用光伏发电设备的话,探测器需要携带的光伏发电板重量就会大大增加,这肯定是非常不划算的。”
王司长一边介绍自己遇到的问题,一边看着王峰的反应。核能电池,或者说同位素电池,这并不是什么新奇的东西。早在几十年前美苏展开太空争霸的时候,就用过这个玩意儿,而且那个时候的温差发电也远不像现在这么成熟,现在我们已经迈进了16%的大关,那个时候只有4%而已。
而且有趣的是,当时老美用的钚238也是从老毛子手里买的,因为老毛子的钚比他们自己生产的要便宜!