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未来飞船如何供电?从太阳能到核电技术(二)

      
原子能带来的启示
 
其中一种备选方案是镍氢电池,其可以反复充放电超过5万次,使用寿命超过15年。与无法在太空环境下使用的普通商业级电池组不同,这些特制的镍氢电池组都是封闭系统,从而可以在真空环境下正常工作。
 
随着飞船远离太阳,太阳能帆板的产能效率逐渐下降,从地球轨道附近的每平米1374瓦特下降到木星轨道附近的每平米50瓦特,而到了冥王星轨道附近,这一数字更是下降到了不到每平米1瓦特。因此,当一艘探测器计划飞行到木星轨道之外,那么科学家们就倾向于不再使用传统的太阳能帆板,而是采用核动力装置为飞船供电。
 
其中最常见的是所谓的“放射性同位素热电发电机”(RTG),这套系统已经被安装在了旅行者号、卡西尼号飞船和好奇号火星车上。这些都是完全一体化的固体设备,整体上没有任何可移动部件。其原理是通过放射性元素,如钚的衰变产生热量,一般使用寿命在30年以上。
 
而当条件不允许使用RTG电池,比如说载人飞船上由于考虑到放射性衰变产生的辐射屏蔽问题;但与此同时到太阳之间的遥远距离又不允许使用太阳能帆板时,燃料电池就有了它的用武之地。
 
氢氧燃料电池在此前美国执行的阿波罗和双子座载人航天项目中被广泛使用。尽管这种电池是无法再次充电的,但其储能性能很不错,并且唯一产生排放物就是水蒸气,在冷凝之后还可以作为宇航员的饮用水来源。 
 
美国宇航局(NASA)和喷气推进实验室(JPL)持续开展的相关研究工作未来将让电力系统能够产生并存储更多电力并维持更长的使用寿命。毕竟,新型飞船正对越来强大的储能设备提出需求,因为这些飞船和上面搭载的系统正变得越来越复杂,同时也越来越耗电。
 
这种对于电力的高需求尤其出现在那些采用全电推进系统的航天器上,如1998年首先在“深空一号”探测器上测试的离子推进器,而现在这种系统已经在不同航天器上得到广泛应用。电力推进通常是采用高速电驱推进剂实现驱动的,但也有一种被称作“电动力绳系”的技术,可以利用行星磁场的能量实现飞船驱动。
 
在地球上我们所使用的大部分电力系统到了太空都会变得无法运作。基于这个原因,任何空间电力系统在被安装到飞船上之前都必须经过严苛的轨道环境测试。美国宇航局和喷气推进实验室利用它们的环境仿真实验室检验新技术在严酷环境下的性能表现,方法通常包括使用强烈辐射轰击精密部件和系统,并将其暴露于极端温度环境下测试其性能。信息来源:《亮报》
 
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