神舟号飞船是由中国研制的载人宇宙飞船,于2003年 10月15日第一次完成载人飞行。神舟号飞船与俄罗斯的联盟号飞船相似,但具备全新的结构和更大的尺寸。神舟号由推进舱、返回舱、轨道舱和附加段构成,总长约9米,总重约8吨。神舟号飞船由长征二号F火箭发射升空。发射基地是酒泉卫星发射中心,回收地点在内蒙古中部的草原上。
推进舱位于飞船的后部,外形为圆筒状,装有4台主发动机和姿态控制发动机,两侧装有20多平方米的主太阳能电池阵。推进舱主要用于飞船的姿态控制、变轨和制动,以及向飞船提供电力。
返回舱位于飞船的中段,外形呈钟形,直径2.5米,空间约6立方米,设计可容纳3名航天员,是目前世界上可利用空间最大的飞船。航天员在火箭升空时和重返大气层时穿着航天服躺在返回舱里的座椅上。返回舱的底部有热盾用于抵御直接撞击大气时的高温。由于返回舱不是纯粹的球体,在重返大气层时仍然可以获得一定的气动升力,减速过程。
轨道舱位于飞船的前段,通过舱口与后面的返回舱相通,外形呈两端带有锥角的圆柱形。轨道舱是宇航员在轨飞行期间的生活舱、试验舱和货舱。在飞船发射前,航天员先通过轨道舱的水平舱门进入飞船,在下降到返回舱里。与联盟飞船不同,神舟飞船的轨道舱具有自己的太阳能电池阵列,导航和推进系统。与飞船分离后,轨道舱仍然可继续在轨工作半年以上。上次发射的轨道舱可以同与下一个飞船进行交会对接,这样就节省了交会对接的发射次数,降低了载人航天计划的总体费用。
附加段位于飞船的最前端,具体作用外界仍然不得而知,但相信是通讯用的系统。
神舟飞船的飞行任务是中国载人航天计划第一阶段,921工程的关键行动,用于验证各项相关技术。目前已经完成宇航员安全往返地球轨道,及实现了太空行走(EVA),未来的目标包括飞船的交会和对接。在中国的空间站入轨后,神舟飞船将作为向空间站运送人员和物资的交通工具使用。
光伏实证子阵特点
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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
神七太阳能帆板发电是发生了什么变化?
应用
光伏实证子阵是一种太阳能光伏发电技术,它是将多个太阳能电池片连接在一起,形成一个大型太阳能电池板,可以将太阳能转换为电能。
光伏实证子阵的优点:
1、太阳能电池板电压比较稳定:光伏实证子阵的电压稳定性比单个太阳能电池板的电压稳定性要好,因为多个电池片连接在一起,可以抵消单个电池片的电压波动,从而提高系统的稳定性。
2、可以提高太阳能电池板的性能:太阳能电池板连接成实证子阵后,可以提高太阳能电池板的性能,因为多个电池片的电流和电压可以被综合利用,使得太阳能电池板的总输出功率更大。
3、可以提高系统的可靠性:由于实证子阵的多个电池片可以彼此补充,如果其中一个电池片受到损坏,其他电池片可以补充,从而提高系统的可靠性。
应用:
光伏实证子阵主要应用于太阳能发电系统,可以把太阳能转换成电能,并通过变压器输送到用户处。它还可以应用于太阳能热水器、太阳能空调等系统中,以提供清洁、绿色的能源。
神七的太阳能电池阵很复杂,可以说有化学变化,也有物理变化。具体的看下面这篇文章吧。
从电视转播中,我们能看到“神七”飞船电池翼板上密密麻麻的小方块,那就是单晶硅高效单体太阳能电池,这在整个飞船上共使用一万多片,其光电转换效率和布片系数达到国际同类产品先进水平。
太阳能电池阵提供充沛能源
从电视转播中,我们能看到“神七”飞船电池翼板上密密麻麻的小方块,那就是单晶硅高效单体太阳能电池,这在整个飞船上共使用一万多片,其光电转换效率和布片系数达到国际同类产品先进水平。
电池板在飞船进入轨道后展开,像一双翅膀。这双翅膀在太阳角计、光敏传感器的自动调节下,完成对日定向跟踪,无论飞船飞行姿态如何变化,这双翅膀都与太阳保持垂直,让阳光直射到电池阵。电池阵像发电机一样,把光能转换成电能,源源不断地输送到飞船中的其它系统。在飞船发射、在轨运行、返回的全过程中,太阳能电池阵是飞船唯一主动提供能源的子系统。
在太阳能电池阵中,供电阵为星上负载直接供电,充电阵为蓄电池组充电。在阴影区,蓄电池组再将储存的电能输出,为星上负载供电。太阳能电池阵是星上电能的直接来源,如果没有太阳能电池阵,整星将无法工作。
主电源太阳能电池阵由左右两翼帆板组成,每翼分别为4块太阳能电池板,太阳能电池阵使用单晶硅硼背场高效单体电池,太阳能电池实际光电转换效率已达15%。整船共使用太阳能电池11690片,布片系数已达到92.5%。光电转换效率和布片系数已达到国际同类产品的先进水平。
“神舟七号”进入预定轨道后发射了一颗“SZ-7飞船伴星”,这是我国航天飞船首次发射微小伴随卫星。这颗“伴星”是一颗小卫星,位于留轨舱的最前端,可按指令自动弹出飞船,也可由航天员手动操作。在这颗“伴星”上装有CCD立体相机,弹射后,相机近距离拍摄在轨飞行的“神舟七号”,并摄制了中国首张飞船在轨飞行的三维立体外景照片,该照片以太空为背景,展现“神七”高速运行的独特景致。“伴星”在完成拍照、传输及一些监测任务后,离母体越来越远,最终自行在太空遨游。
“SZ-7飞船伴星”是一种体装式卫星,卫星采用三轴稳定的方式。伴星电源系统设计方案采用全调节直流母线系统。系统由太阳能电池阵、一组锂离子蓄电池组及一台电源控制器组成。在光照期,太阳能电池将太阳能转变成电能,完成光照期整星负载用电和为储能蓄电池组充电。在卫星进入阴影期,或在光照期卫星短期峰值负载时,由蓄电池组将储存的电能通过放电调节模块为母线补充放电。
SZ-7飞船伴星太阳能电池阵为SZ-7飞船伴星的配套产品,由5块板组成。伴飞卫星星体结构为六面体,其中五个面粘贴太阳能电池。单体太阳能电池采用转换效率较高的三结砷化镓太阳能电池作为基本发电单元,是我国首次将此类电池批量应用于卫星工程。其能够最大限度地将太阳能转换成电能,单体电池平均效率达26.5%。该太阳能电池具有效率高、抗辐照性能好、温度特性好、可靠性高等特点。
SZ-7飞船微小伴随卫星未来的在轨运行数据,将为载人航天二期工程三结砷化镓电池的应用提供宝贵的在轨飞行数据。
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