159核電池和溫差發電


“王教授應該知道我們最近的航天計劃吧?”王司長說道:“我們計劃在6月份進行新一輪的航天活動,目前我們的火箭和核心艙已經順利的運到了酒泉發射中心。”

“在經過一段時間的訓練和磨合之後,根據專家的評估報告和建議,我們會擇機進行空間站關鍵技術驗證階段第四次飛行任務,也是空間站階段首次載人飛行任務。”

“不是吧,難道這一次我的工作和航空航天有關?”王峰有些驚訝的說道:“我是研究電化學材料的,和航空航天這個專業離得也太遠了,而且我也不是搞光電研究的,就算是想要幫到你們,怕是也力所不及呀!”

如果他是研究光電這塊兒的,好歹能幫忙一起設計一下供電用的的光伏發電設備,畢竟給航天器這種設備供電用的最多的就是光伏發電了,其他的發電方式,基本上都不合适。

總不能弄一個汽油發電或者柴油發電吧,先不說帶上去的成本有多高,在真空中,怎麽給這些設備降溫,就是一個巨大的難題。當然,噪音問題倒是解決了,因爲真空根本不能傳遞聲音。

而航天器面臨的最多的問題之一就是熱堆積的問題,一旦熱量開始在航天器表面甚至内部堆積,那就意味着這一台航天器距離報廢不遠了,因爲真空中幾乎沒有什麽介質能夠給它導熱,熱量隻能通過輻射的方式散發出去,效率非常低。

“不不不,這一次确實是和你的研究方向有關,否則的話,我們也不會過來打擾你。”王司長趕忙說道,同時取出了一疊資料:“昨天你不是接了一個溫差發電的研究項目嗎?我們來找你,就是和這個有關。”

《關于核心艙備用電源的設計問題》

《關于月球探測器電源選擇建議若幹》

《關于火星探測器電源選擇建議若幹》

“這個是什麽東西?”王峰看的是一臉霧水,有些看不懂對方了:“難道是希望我給它設計一款溫差發電機?”

“不是我打擊你們,請恕我直言:現在最好的光伏發電闆的效率已經超過了30%,但是溫差發電的效率還在10%徘徊,甚至前幾天才剛剛突破到了16%,怎麽看都是光伏發電闆的效率更高,也更加可靠吧?”

“王教授,你不要着急,雖然說太陽能發電闆确實是目前衛星和太空倉供能的主要方式,但是并不意味着我們将來也一直會利用這種方式來供電,而且這種方式并不是适合所有太空項目的。”

王司長介紹道:“其實在很早以前,我們就考慮過利用溫差發電的原理,來利用放射性同位素電池來給衛星,太空艙,還有月球和火星探索裝置來供電,雖然效率确實不高就是了,但是我們并沒有放棄過這方面的設想。”

利用太陽能發電的好處自然是非常多的,如果說太空中有什麽能源,是最便宜,最容易獲取的,那就要數取之不盡、用之不竭的太陽能了。

因此,絕大多數衛星目前都采用太陽能電池。而且考慮到使用時間和重量的标記效益,這種利用半導體材料的光電效應,可以工作幾年甚至幾十年的供能設備,自然就成爲了航天器的首選。

早期的衛星由于把太陽能電池,貼在衛星星體的表面,面積較小,發電功率不高。現在數以萬計的太陽能,電池片貼在面積很大的闆上,整塊太陽能電池闆安裝在衛星星體外面,發電功率大大提高了。

更何況不止如此,現在開始廣泛采用砷化镓材料,不像早期用半導體矽做成的太陽能電池片,而且光電轉換效率高,能達到20%以上。

中大型衛星爲了進一步增加太陽能電池片數量,多采用由數塊太陽能電池闆連接而成的太陽翼。由于火箭裝不下太大,在發射時太陽翼處于折疊狀态,火箭與衛星分離後再展開。

不少後發射的衛星上的太陽翼采用了先進技術,爲了使太陽翼總是朝向太陽,以獲取最大的電能:一是裝有帶着太陽翼轉動的驅動機構;二是用太陽敏感器控制驅動機構轉動太陽翼來捕獲太陽的方位,爲衛星提供充足的能源,使太陽光盡可能垂直于太陽翼。

當然,還有非常重要的一點就是:我們國家在光伏設備上的研發是投入了巨資的,而且取得了不菲的成果,前些年歐美國家對我國的光伏産業征收重稅,就是因爲我們相對于他們來說,已經形成了技術優勢,産能優勢和價格優勢。

“不過太陽能發電雖然好處很大,但是依然有很多的問題,這些問題在衛星上的表現還不是特别嚴重,但是在空間站和對月探索器,甚至火星探測器上,問題就很大了。”

“太陽能發電闆由于隻是起到一個能量轉換器的作用,本身并不具備任何能量,這就意味着他對環境的要求是非常高的,在背陽面是沒有辦法提供能量的,隻能依靠自帶的電池組。”

“首先,對于空間站來說,隻用一套供電系統,這是非常危險的,就算是通過蓄電池能夠分攤一些風險,但是蓄電池能夠提供的能量還是太少了,畢竟一旦出現問題的話,我們要組織人力物力進行救援的話,這個時間往往是以月來計量的,蓄電池可支持不了那麽長時間。”

“至于增加蓄電池的數量...理論上确實可以這樣做,但是那個成本将會是個天文數字,而且大量使用锂電池的話,安全性也是個問題!”

“而對于月球探測器來說,由于月球表面的環境是相對惡劣的,月球車如果背着一個大大的太陽翼,那麽它出問題的概率就會大大增加,而且還會造成行動上的不便。”

“第三個就是火星探索項目了,除了會遇到和月球探測器相似的問題之外,它還有一個非常嚴重的問題,那就是光照的不足,火星的光照強度隻有我們地球的40%,那就意味着如果用光伏發電設備的話,探測器需要攜帶的光伏發電闆重量就會大大增加,這肯定是非常不劃算的。”

王司長一邊介紹自己遇到的問題,一邊看着王峰的反應。核能電池,或者說同位素電池,這并不是什麽新奇的東西。早在幾十年前美蘇展開太空争霸的時候,就用過這個玩意兒,而且那個時候的溫差發電也遠不像現在這麽成熟,現在我們已經邁進了16%的大關,那個時候隻有4%而已。

而且有趣的是,當時老美用的钚238也是從老毛子手裏買的,因爲老毛子的钚比他們自己生産的要便宜!

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