空间站的太阳翼起什么作用「中国空间站太阳翼出现变形还能用吗太空环境到底有多恶劣」

2021年8月31日，中国载人航天工程办公室官方发布神舟十二号航天员在轨拍摄的高清大图，不仅有绝美的太空景色，也有航天员个人温暖的小窝，当然还有夜色下的犹如太空港的北京城，航天员这个职业真是太让人羡慕了！

不过细心的朋友一定发现了一个非常明显的异常现象，从2021年4月29日发射的天和号核心舱的太阳能电池，已经被“暴晒变形”，开始卷曲起来，这太空环境到底有多恶劣？太阳能电池寿命究竟多久，还能使用吗？

太阳能电池为何会被暴晒变形？还能使用吗？

从展示的照片来看，长长的太阳能电池中间已经弓了起来，出现了明显的热变形，熟悉不干胶贴的朋友应该都知道，这就是高温或者太阳暴晒下不干胶贴两面收缩比不一致造成的卷曲变形，在胶贴中属于不合格产品，当然超过设计最高温度，比如设计是50W的灯罩贴纸，结果用了100W的灯泡，那么起翘也属于正常现象，毕竟设计100W的灯泡使用环境已经超出了设计指标！

太空不是很冷么，为什么会热变形？

太空给大家印象寒冷、真空和高辐射，《复仇者联盟》中的乌木喉掉入太空，被冻成冰块的经典景象大家一定不会忘记，所以太空寒冷给人的影响尤为深刻。

但是太空真的不冷，而从理论上来看，太空甚至还有点热！中学里我们就学过，温度的本质是粒子的运动，而理想的太空没有粒子，没有温度所需的“载体”，所以它不存在“温度”，不过却没有理想的真空，太空中存在大量高速运动的粒子。

所以太空中具有“很高的温度”，不过却不会“烫伤”人，因为几个粒子对人体造成的伤害还是可以接受的，但人体在太空中却会真的冻伤，因为真空环境下会让机体的水分蒸发带走大量的热，最终结冰，或者因为辐射温度降低也会结冰。

另外更重要的一点是，太空环境下无大气与尘埃遮挡，太阳光暴晒时会达到非常高的温度，超过100℃那是常态，但一旦进入阴影区，由于没有大气保温，温度又能低至-100℃，这个高温差环境让在太空中工作的设备要求极高，要不然在如此高的温差中早就挂了。

太阳能电池是硬板，怎么可能会变形？

我们熟悉的太阳能电池都是硬板结构，难道还经不住100℃的高温，是不是质量太差了？其实完全不是这样，在天宫空间站上用的是柔性太阳能电池。2021年4月29日《中国青年报》报道中中国航天科技集团八院811所专家详解了天宫空间站的太阳能电池：

天宫空间站使用的是柔性砷化镓太阳能电池，和硅材料太阳能电池相比，砷化镓太阳能电池具有更高的光电转换效率，并且它还具有良好的抗辐射新，耐高温性（200℃时硅太阳能电池几乎已经失效，但砷化镓太阳能电池仍能10%的效率继续工作）。

我国使用的三结砷化镓太阳能电池还是第三代柔性电池，这种结构的柔性太阳能电池展开非常方便，功率重量比很高，效率可达30%以上。天宫空间站建成后，其安装的太阳能电池可供电100KW。

核心舱太阳电池翼的另一个特殊功能，是其在轨期间可以整翼拆卸、转移，未来其他模块发射安装后一旦发生遮挡，那么可以将其转移到么看有遮挡的区域。

因此这种薄膜的太阳能电池在展开后会存在一定的变形，即使没有太阳暴晒也存在这种情形，这是薄膜展开后的挠度正常变形，是材料弹性变形的一种正常现象，这个变形后的抗折弯特性还被用在工程应用中增加刚性，比如最简单的应用就是卷尺。

这种特性在反向受力时能在一定长度上让卷尺保持直线，方便我们测量时，这个特性应该是卷尺类工具中最赞的一个设计。

从这个角度可以看到印刷柔性电缆，似乎还能看到绕太阳能电池的卷轴

当然在太空中的太阳能电池不需要这样的刚性设计，它只是长条形薄膜展开后的正常变形，至于向哪边卷曲，在薄膜制造时或者卷曲向上是可以控制的，但一般来说这种变形会朝着卷绕的中心方向，大胆地猜测一下，这个太阳能电池从拍摄者看到的卷绕方向应该是“趴着展开”的。

中国空间站用啥电池？

2021年3月11日，国际空间站丢弃了一块重达2.9吨的蓄电池组，这些电池属于镍氢可充电电池，总有48个电池组成，根据国际空间站的轨道以及电池组的形状，NASA预测其4年后将会进入大气层彻底烧毁，不会掉到地面。

所以我们至少知道了国际空间站之前用的是镍氢电池组，那么中国的空间站用的是什么电池呢？当然高容量的锂电池了，使用了一种陶瓷隔膜，能最大条件下防止内部短路效果，并且在电池组内使用了阻燃材料，防止电池高温时爆燃。

据811所专家表示，国际空间站核心舱内有6组锂电池，每组有66颗单体电池，电池组内还有一套智能化的锂电管理系统，实现高精度、高可靠、高安全的锂电充电控制。电池充电时启用三级保护机制，并实施温度监测，当充电温度高于设定安全温度值时，立即停止对该蓄电池充电。

另外还设计了冗余通道，也就是说有两组电池互相冗余，当一组下线更换时另一组会继续保持供电，并且使用了分段开关，在单独更换其中单元电池组时保证电压在36V安全电压以内。

中国空间站到底用什么标准的电压？

笔者从《中国空间站科学实验资源手册》查到的资料，对设备供电最多的电源是100V，从使用率以及损耗比例来看，应该是DC的可能性比较大，因为太阳能电池为直流电，锂电池也是直流电，所以用直流的可能性几乎100%。

100V的单路供电接口最大功率为1500W（手册中原文：大型载荷/扩展实验平台挂点预留了100V、1500W供电接口），除了100V以外，还有28V、24V、12V、5V等多种电压可供选择。

很难确定中国空间站使用的是什么电池类型，不过根据分析，磷酸铁锂电池的可能性比较大，因为电池颗数比较少，只有66颗单体电池，应该是大容量低电压的磷酸铁锂，假如是18650封装的三元锂电的话至少也得几千颗了吧。

两种电池的差别是磷酸铁锂电池就是用磷酸铁锂做正极，三元锂电池也叫三元聚合物锂电池，主要是由镍钴铝或者是镍钴锰做正极。三元锂电指的是镍盐、钴盐、锰盐，但这些金属盐和电解液在一定温度下会分解，会释放出氧分子，从而变成助燃的元凶，因此三元锂电一旦燃烧的话火势将会十分猛烈。

磷酸铁锂电池也存在安全隐患，但相对比三元锂电好那么一点，因此从安全角度也可以判断出，中国空间站用磷酸铁锂电池可能性是比较大的，但这种电池的缺点是容量密度稍低，但从安全角度出发，这个缺点还是可以克服的，毕竟当年还用过能量密度更低的镍氢电池。

#辟谣有态度#

中国空间站“天和核心舱”发射圆满成功，这个空间站会比国际空间站更强吗？

根据现在有资料，我认为完全建成会比国际空间站强，现在还剩有一定差距。国际空间站是数年前的航天技术的成果，虽然会随着科技的发展不断迭代，但是我国的的空间站是最现代的技术体现，起步高、而且具有自主的技术产权打破了国外部分技术垄断。根据环球时报报道我国的空间站有四大看点。

1、拥有自主研发的太空臂，打破了国外的技术垄断，对于在该领域进一步实现国产化具有重要意义。空间站舱外工作大多需要用到空间臂来操作，比如舱外货物的搬运、对接航天器的捕获、辅助航天员舱外活动等都需要用到航天臂。其核心配件做到了完全的国产化，而且负载自重比、操控精度等指标与世界领先水平相当。

2、天河核心拥有完美的能源采集系统-电池翼 。根据承担天和核心舱电源分系统等研制任务的航天科技集团八院相关负责人介绍，天和搭载的电池翼是可收缩的柔性材质，展开面积可达134㎡，不仅可以吸取光照能量供给航天舱使用还能储蓄到电池，以备空间站行驶到阴影区使用。10年的在轨飞行对所有零件都有极高的要求。而太阳翼作为舱外产品，太空环境极其恶劣：除了需要经历无数次零下100°C-零上100°C的高低温循环外，还要承受轨道中原子氧、等离子体、紫外辐照、电离辐照等多种环境的挑战。为此研发团队总结了数项攻关项目，无数的测试后保证了产品的可靠性。 

3、拥有豪宅般的体验，拥有WIFI、健身设备。由于空间站承载着航天员长期的生活研究的重任。所以要求不仅硬件要过得去软件也要过得去。在此之前我国的航天器材中的生活必需品比如水、氧气等都是由地面送入太空的，空间站设计了完整的可再生生命保障系统 ，可以循环水的使用和利用二氧化碳制氧。

4、拥有安全可靠的能源储备系统。天和空间站核心舱共有6组锂离子蓄电池，每组66 个单体电池。811所研制人员设计出了一种满足空间站运行需求的长寿命、大容量、高安全的锂离子蓄电池 。

关键技术的攻关成功是我国航天技术发展的必然，也是在航天领域实现技术自主化的重要里程碑，相信未来的中国航天事业会蒸蒸日上。

中国空间站空间站可在轨至少10年，它长寿秘方在哪？

该空间站的天空和核心模块有多个不同大小和形状的舱口。当宇航员穿过或离开空间站舱时，舱口沿门轴旋转并处于侧开状态。穿过舱门的过程可能会划伤门体的密封圈。一旦密封圈损坏，门的密封就会失效，这可能会影响宇航员的居住环境。为了保护车门密封圈不被划伤，第五航空航天科学技术学院集团专门开发了车门保护盖。尽管机舱门保护罩的功能是单一的，但是它具有操作简单，产品寿命长和多次使用的特点，这对空间站的使用提出了很高的要求。

根据机舱和机舱的两种不同的工作环境，空间站的核心机舱开发了两种类型的门保护盖，包括机舱的机舱门保护盖和外舱的可展开门保护盖。为了方便宇航员的操作，机舱中的机舱门保护罩是一种罩盖结构，就像地板电风扇的防尘罩一样。使用时，宇航员只需要张开门保护盖的嘴并将其放在门上即可。 ;外部机舱门的防护罩是卷帘结构。在使用中，宇航员只需要“抓住”，“袖套”和“拉动”几个简单的操作步骤即可完成。与传统的刚性和半刚性太阳能电池机翼相比，柔性翼完全折叠后仅厚一本书，仅为刚性太阳能机翼的1/15。同时，它具有大的展开面积和高的功率重量比，只需一个机翼即可为空间站提供9KW的电能，在满足机舱中所有设备的正常运行的同时，还可以充分发挥作用确保空间站中宇航员的日常生活。

核心机舱是我国设计寿命最长的飞机，对所有产品的使用寿命提出了最高要求。作为一种车载产品，太阳翼必须面对极其恶劣的太空环境。除了经历88,000±100°C的高温和低温循环外，它还必须承受低轨道环境中的原子氧，等离子体，紫外线辐射和电离辐射。等太空环境测试。第八航空航天科学技术集团的805柔性太阳能电池机翼的开发团队已经进行了超过3年的程序演示和比较工作，并接受了大量的地面模拟长寿命测试。

太阳能机翼上的张紧机构似乎是一条简单的钢丝绳，但实际上是一组恒力弹簧绳系统。通过其连续的伸缩，可以确保在高温和低温环境下对太阳翼的足够的刚度和姿态控制。经过多年的研究，该团队已在地面上完成了40万次热真空疲劳寿命测试以及100万次正常温度和压力寿命测试，充分验证了产品的高可靠性和长寿命。