據(jù)英國廣播公司(BBC)網(wǎng)站報道，對于飛船而言，電力系統(tǒng)是一個核心組成部分。它們必須能夠在極端環(huán)境條件下仍然保持極高的可靠性。然而，隨著現(xiàn)代飛船技術(shù)愈發(fā)復(fù)雜，其對于電力系統(tǒng)的要求也是越來越苛刻，那么未來的推進系統(tǒng)將會如何發(fā)展?
令人震驚的高可靠性與長壽命
脆弱性似乎是現(xiàn)代電子設(shè)備的通病——你的智能手機如果不充電，恐怕連一天都難以堅持。然而相比之下，航天器的耐用性往往會讓你感到震驚：38年前發(fā)射升空的旅行者號飛船至今仍在工作，向我們傳回關(guān)于太陽系邊緣的重要信息。這艘飛船每秒鐘能夠有效處理81000條指令，而相比之下，你手里的智能手機的信息處理能力要比這高出大約7000倍。
當然，你的智能手機之所以在電池依賴性方面表現(xiàn)如此之差，是因為它的設(shè)計本來就需要每天充電的，而且它也幾乎不可能會出現(xiàn)在遠離地球數(shù)百萬甚至數(shù)億公里外的宇宙空間的情況。而相比之下，如果一艘飛船沒電了，而最近的充電樁距離它也有數(shù)十億公里遠，那么要想給它充電就顯得不太現(xiàn)實了。因此，一艘打算在太空中飛行數(shù)十年的飛船，要么一開始就用某種方法存儲上足夠的電量，或者就得在途中自己想辦法發(fā)電。事實證明，說起來容易做起來難，這事兒還要想成功實現(xiàn)還是很難的。
盡管飛船上搭載的電子設(shè)備很多只是偶爾需要電力供應(yīng)，但也有一部分設(shè)備是必須確保不間斷供電的，比如信號接收機和發(fā)射機必須時刻處于通電狀態(tài)，而如果是載人飛船，那么生命維持系統(tǒng)和照明系統(tǒng)也同樣將是不能關(guān)閉的。
勞·蘇拉普迪博士(Dr Rao Surampudi)是美國加州噴氣推進實驗室(JPL)的電力技術(shù)項目主管。在過去的30年間，他一直致力于為美國宇航局的各類航天器開發(fā)電源系統(tǒng)。
根據(jù)蘇拉普迪博士的說法，一般情況下航天器的電源系統(tǒng)會占到整個航天器質(zhì)量的大約30%，并且一般可以分解為三大部分：發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)以及電源管理及分配系統(tǒng)。
這些系統(tǒng)對于飛船來說絕對是必要而關(guān)鍵的，而為了適應(yīng)飛船的特殊使用條件，它們在質(zhì)量和設(shè)計上會有一系列嚴苛的要求——首先質(zhì)量必須足夠小，以便提升所謂“能量密度”，也就是說它必須能夠在足夠小的體積內(nèi)產(chǎn)生足夠強大的電力;同時它必須具有長壽命的特點，且高度可靠，因為在發(fā)射之后，如果飛船電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，這時候再要想派工程師前去維修顯然是不現(xiàn)實的。
這套供電系統(tǒng)不僅必須能夠確保每一件飛船搭載設(shè)備的電力使用需求，它還必須確保在整個飛船的使用壽命內(nèi)能夠持續(xù)提供這樣的電力支持——這樣的時間可能是幾年，幾十年甚至上百年。蘇拉普迪博士表示：“設(shè)計的使用壽命必須足夠長，因為一旦發(fā)生故障，你是不可能有什么維修或挽救機會的。舉例來說，飛往木星需要5—7年，飛往冥王星需要超過10年，而要想離開我們的太陽系，你需要連續(xù)飛行20—30年。”
考慮到飛船運行環(huán)境的特殊性，飛船電力系統(tǒng)還必須能夠在零重力和高真空環(huán)境下正常運作，同時必須經(jīng)受超強輻射環(huán)境和極端溫度的考驗。蘇拉普迪博士說：“如果你的探測器打算在金星表面著陸，那邊的溫度是460攝氏度。而如果你打算沖入木星大氣層，那么那里的溫度是零下150度。”
很多在內(nèi)太陽系區(qū)域飛行的探測器都會安裝太陽能帆板，通過太陽能進行發(fā)電?；蛟S從外觀上看上去你會覺得這些飛船安裝的太陽能帆板跟自己家里使用的同類設(shè)備并無不同，但實際上，航天器所使用的太陽能板在發(fā)電效率和可靠性上要遠遠超過普通的民用產(chǎn)品。
不過，在內(nèi)太陽系區(qū)域飛行的航天器太陽能帆板也有可能因為距離太陽太近而發(fā)生過熱現(xiàn)象，此時飛船就需要調(diào)整自己的太陽能帆板位置，從而使其避開太陽的灼熱光芒。
隨著飛船進入一顆行星的軌道，飛船的太陽能帆板產(chǎn)能效率將會下降，由于行星陰影的周期性遮擋，飛船太陽能板將無法產(chǎn)生像此前那么多的電能，在這樣的情況下，我們就需要一套高效的電力儲能設(shè)備。
如果采用核電技術(shù)，未來我們?nèi)ネ渌乔蚪⒅趁竦貢r，甚至不需要專門攜帶一臺發(fā)電機，因為我們的飛船本身就攜帶了一座核電站!
信息來源：《亮報》
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