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不管是卫星、飞船还是空间站，它们要在太空飞行，都会将自己的“翅膀”太阳电池阵尽情伸展，姿态悠然得就像翱翔的鸟儿一样。太空环境危险重重，太阳电池阵如何守护航天器安全飞行的呢？

尽管太阳电池阵通常装在航天器的两侧，看上去就像是航天器的一对小翅膀，然而我们都知道，它并不是用来飞行的。太阳电池阵能够将太阳能转化为电能，为航天器中的仪器设备提供能源，是航天器在执行任务时必不可少的能量来源。

那么，太阳电池阵发电能力怎么样，它能发多少电？航天器在太空中迎着太阳的区域运行时，如果将它受到的太阳光能完全转化成电能，1m²就有1353W。但由于温度及光照等条件的影响，太阳电池阵并不能够100%的将太阳能转化为电能。

举个例子，太阳电池阵中10cm²的电池片在25℃时，它将太阳能转化为电能的转换效率为15%，能发出的电功率是0.2W。而在高温下，电池片的转换效率大致要下降20%。

如果我们按照10cm²的电池片最大产生0.5V的电压来计算，那么，60个电池片串联起来就可以得到一个功率为12W，电压为30V的小发电厂了。将100个这样的小发电厂并联起来就能够提供1200W的电功率。而太阳电池阵上有上百个这样的小发电厂，也就是说，它能够为航天器提供上千瓦的电。

航天器被运载火箭送入轨道后，它的太阳电池阵才会慢慢展开。此前，电池板会折叠收拢压紧在舱体两侧，这样既能提高抗振动冲击能力，又能藏在火箭的整流罩内，便于携带。航天器的小翅膀是怎样展开的呢？

太阳电池阵的几块电池板由铰链相连接。航天器进入预定轨道后，根据指令点燃压紧装置上的火工品，解除压紧。在电池板的铰链轴上装有类似钟表的发条，压紧解除后，电池板就会在发条的作用下慢慢展开。

太空环境复杂危险，每天，在轨飞行的太阳电池阵都要经受十几次的高低温循环温度考验；遭受一种腐蚀性极强的原子氧的侵蚀；接受到会使材料变脆变暗的强紫外线照射等。除了上面这些必然情况，太阳电池阵还可能会遇到能把航天器、太阳电池阵充上负几百伏以上的静电的等离子体的气体，或者遇到会损害太阳电池阵性能的太阳耀斑。

为了抵御上面这些因素的侵害，太阳电池阵必须设计得特别牢固，能长时间地经受这些恶劣环境的考验，并且性能不会显著下降。太阳电池阵做到了吗？

目前，航天器上用的太阳电池片虽然厚只有约0.2mm，但是却是由近十层功能不同的材料组成的。比如，太阳电池片上面的石英盖片，可用于减少对太阳光的反射，滤去有害的紫外线，同时可以提高太阳电池耐受空间带电粒子辐射损伤的能力，减少太阳电池性能的衰降。

来源/《中国载人航天科普丛书——巡天神舟》

改编/杨斯爽

审校/杨洁

一颗卫星能飞多久，原来与它用的电源有如此大的关系

中国空间站太阳能电池翼工作原理

在太空中，为了维持卫星的正常运营，需要为卫星提供稳定的能源供给。

虽然卫星应用的能源系统已经开发了太阳能、化学能和核能的使用技术，但由于地球轨道上平均每平米可用的辐射通量可达1370 W，大量不间断的太阳能在空间环境中可用，最受欢迎的且最常用的卫星能源还是太阳能。

太阳电池可把空间轨道上的太阳能转换为电能，以供航天器使用。而以串、并联方式结合的太阳电池及相关结构等所组成的发电装置，叫做太阳电池阵。

太阳能电池的工作原理

想要获得更大的功率，就必须有更大面积的太阳电池阵。由于发射成本的限制，在发射前必须对太阳电池阵进行折叠或压缩。

因此，当前航天器太阳电池阵的主流形式是太阳翼，作为航天器上典型的大型展开组件，其展开后的尺寸往往要比航天器本体大得多，其形状如同是航天器的“翅膀”，因此称之为“太阳翼”。

卫星发射时太阳翼处于折叠状态，星箭分离后才会打开，并在卫星飞行过程中不断调整方向，使太阳电池对准太阳，为整星工作提供能量。

在空间运行的每一颗卫星都有它的寿命，有的1～2年，有的10来年，那么决定卫星寿命的主要因素是什么呢？

其实，卫星上有许多电子设备，因此电源对卫星来讲是必不可少的，优质的电源对卫星的寿命有至关重要的影响。早期由于我们的技术水平有限，卫星多采用一次性的化学电池，电池能量耗尽后，卫星也就停止了工作，所以卫星的工作时长相对较短。不过，随着航天技术的发展，卫星的电源种类早已丰富起来，目前采用的电源类型主要有太阳能电池电源、化学电源和核电源等几种。

太阳能是一种可再生、无污染、便于采集的清洁能源，在人类生产生活中早已得到了广泛地使用。在卫星的设计过程中，为了给卫星提供可持续的电源，太阳能也成为了广受卫星设计者青睐的一种能源类型。

看过有关卫星的图片或者视频的小伙伴们，应该会注意到在卫星的两侧有一对可以展开的“大翅膀”，那就是为卫星收集能量的太阳能帆板。在帆板上贴有数以万计的太阳能电池片，这些电池片的多少可以根据卫星所需电能的多少控制数量，为卫星提供最合适的电量供给。此外，卫星上一般还会装有驱动机构和太阳敏感器等装置，它们能够帮助太阳能帆板找到对准太阳的最佳角度，让太阳能帆板受到较长时间和较大照射面积的阳光照射，从而获得更多的能量。

卫星采用太阳能电源固然是好，但不知小伙伴们有没有想过，当卫星飞入阳光照射不到地方的时候又该怎么办呢？是不是卫星就不能正常工作了呢？

小伙伴们不用担心，科研人员早已想到了万全之策，就是将太阳能电池与蓄电池一起组成太阳能电池阵。当卫星飞到日照区时，太阳能电池一方面给卫星上的仪器供电，同时还向蓄电池组充电，把多余的电能储存起来。当卫星飞到阴影区时，就由蓄电池给卫星供电，保证卫星连续正常工作。

化学电源在我们的日常生活中也很常见，如 汽车 用的铅酸蓄电池、手机用的锂电池、手电筒用的干电池等都属于化学电源。不过卫星上使用的化学电源与我们日常生活中使用的并不相同，卫星上使用的化学电源要求转换效率高、质量小。目前，卫星上采用的化学电源类型主要有一次性电池、蓄电池和燃料电池等几种。

早期的卫星多采用一次性的化学电池，如锌汞电池、锌银电池等。这种电池作为电源工作简单、可靠，但这种电池是一次性的消耗电池，质量和体积较大，卫星带不多。也就是说，卫星如果采用这种电源，一般寿命都不会太长，只有几个星期到一个月左右。

蓄电池相对一次性的化学电池来说就进步很多了，它最显著的优点就是可以多次的充放电，还可以与太阳能电池联合使用。不过蓄电池也有它的不足之处，就是比能量较低，通俗点说就是单位质量或体积的蓄电池能够产生的电能相对较低。

最后要说的是燃料电池，燃料电池能把储存在燃料中的化学能经过化学反应转变成电能。它的优点是单位质量或体积的燃料电池能够产生的电能相对较高。缺点是结构比较复杂、具有一定的危险性。

核电源具有环保、低耗、结构简单等优点，它是一种对人类非常具有诱惑力的能源类型。由于它具有的不容忽视的优点，在卫星的设计过程中，核电源自然也就成为了卫星的备选电源类型之一。

卫星上采用的核电源类型主要有放射性同位素温差发电器、核反应堆温差发电器和热离子发电器，它们都是利用原子核的突变所释放的能量来发电的。

卫星上采用核电源的优点是工作可靠、功率大、寿命长，而且较少会受到外界条件的限制。缺点是它的价格相对昂贵，而且需要对卫星上的仪器设备采用辐射屏蔽措施，这样就增加了卫星的质量。但最让人担心的还是它不够安全，采用核电源的卫星或航天器一旦出现故障陨落在地球上，会因为辐射给人类带来巨大的灾难。例如1978年1月24日，苏联宇宙-954核动力航天器发生故障而自然陨落，结果未燃尽的带有放射性的航天器碎片散落在加拿大境内，造成严重的污染和巨大的恐慌。所以决定采用这种电源一定要慎之又慎。

总的来说，上面提到的三种电源类型各有各的优缺点，具体要采用哪种电源，还要根据任务需求等各方面的情况综合考虑。不过可以肯定的是，随着新材料、新技术的不断涌现，卫星的电源种类必然会愈加丰富，卫星的工作寿命也会不断延长，就让我们怀着期待，等待见证更多可能吧！

参考文献/

[1] 罗格.叩开太空之门——航天 科技 知识问答[M].北京：中国宇航出版社，2000.

[2]东方星.航天器主要采用什么电源[[J].国际太空2014,(11):78-81.

编辑/贾冰玉

审校/杨洁

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