中國空間站“充電寶”：每平米造價100萬元,，每天發(fā)電1000度

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天宮空間站雖然是后起之秀,，但論噸位,、個頭與太陽翼面積,，其實與國際空間站還有不小差距,。但神奇的是,，中國天宮的發(fā)電能力,，居然能與國際空間站（ISS）能打個平手,，這是為何？

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【國際空間站使用8個巨型太陽翼提供能量】

中國空間站一期建成之后,，有3個大型艙室,，大概是90噸重量，其中問天,、夢天各有兩組太陽翼,，天和核心艙還有2組太陽翼，總共六組,，都是中國獨創(chuàng)應(yīng)用的柔性太陽翼,。

中國空間站未來可以拓展到180噸。雖然天宮本身已經(jīng)不小,，但相比國際空間站還是有些差距,。國際空間站是個420噸的太空怪獸，擁有8個大型太陽翼,，6個大型艙室,，無論是個頭還是太陽翼數(shù)量，都比天宮大了很多,。

但是,，在這些數(shù)據(jù)對比里，有項數(shù)值卻完全不成比例,。那就是在重量,、數(shù)量都相差較大的前提下，中國天宮空間站的發(fā)電功率,，居然與國際空間站差不多,。換句話說，中國天宮用小得多的尺寸和重量,，實現(xiàn)了對國際空間站發(fā)電功率,、有效艙室體積等指標(biāo)的追趕。

【天宮發(fā)電主要靠四個大型太陽翼,，再加上其他太陽能板,，發(fā)電總功率超過100千瓦】

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天宮發(fā)電能力，與國際空間站不相上下

國際空間站靠8個電池板,，可以產(chǎn)生84-120千瓦的電力,。與夢天完成對接后，天宮靠6套電池板,，設(shè)計發(fā)電功率就已經(jīng)超過100千瓦,，兩者發(fā)電能力已經(jīng)基本相同。這是什么原因,？

是天宮的太陽能板更大嗎,？結(jié)果數(shù)據(jù)顯示,，并不是這樣，ISS的面積反而更大,。國際空間站的太陽翼,，長度超過30米。天宮最大的四個太陽翼,，規(guī)格是27米X4米,，展開面積只有138平米。

【ISS的太陽翼更為巨大,，乍看與天宮的差不多,，其實完全是兩碼事】

發(fā)電能力強，關(guān)鍵在材料上

用這么小的身板,，發(fā)這么強的電,，其實關(guān)鍵就在材料與技術(shù)上。乍看ISS與天宮都是太陽翼,，樣子結(jié)構(gòu)都差不多,，但實際上完全是兩個時代的產(chǎn)物,。

中國空間站的柔性太陽翼,，完全是自主研制，壽命長,、可靠性高,、可以重復(fù)展開收放，厚度只有0.7毫米,，采用三結(jié)砷化鎵材料,，發(fā)電效率超過30%，采用鋰電池存儲能源,；而且有獨特的太陽定向裝置,，隨時正對著太陽，確保發(fā)電效率,。

整個中國空間站,，每天發(fā)電量可以達到約1000度，可以保證空間站幾十個實驗機柜的全天運作,，還有能量富余,。關(guān)鍵是，中國空間站的太陽翼采用二次展開的獨特設(shè)計,，結(jié)構(gòu)和材料領(lǐng)先世界,，重量比國際空間站大大減輕，不需要復(fù)雜的桁架結(jié)構(gòu),，日后維護更換也更方便,。

早在1890年代,，不到20歲的法國物理學(xué)家埃德蒙·貝克勒爾，其實就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了光伏效應(yīng),，給人類的能源領(lǐng)域打開了全新的大門,。但因為功率太低，這技術(shù)在地面上一直沒怎么開發(fā)利用,，直到20世紀(jì)50年代太空時代開啟,，才開始大放光彩。1958年首次用在了美國衛(wèi)星上,，當(dāng)時發(fā)電功率,，只有5毫瓦。

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【天才物理學(xué)家埃德蒙·貝克勒爾,，光伏效應(yīng)也被稱作貝克勒爾效應(yīng)】

太陽的輻射強度,，在地球附近是穩(wěn)定不變的，想要提升太陽能發(fā)電功率,，只有2個辦法：一個是增大面積,，一個是增強光電轉(zhuǎn)換效率。實際上在1998年時,，國際空間站使用的已經(jīng)是較為先進的硅基太陽能電池板了,，不但面積巨大，轉(zhuǎn)換效率也達到了14%,。

【先鋒1號是美國第二顆衛(wèi)星,，其實只有巴掌大，可見當(dāng)時美國航天技術(shù)確實有些落后蘇聯(lián)】

但是作為第一代半導(dǎo)體材料,，想再提升硅基太陽能的發(fā)電功率,，已經(jīng)比較困難了。有人就想到了新材料,，那就是第二代半導(dǎo)體砷化鎵,。相比轉(zhuǎn)換效率最高14%的硅基，砷化鎵的光電轉(zhuǎn)換效率可以超過30%,，直接翻倍,。

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打造新一代太陽翼，哪有那么容易

即便有了新材料了,，想造出太陽翼也是困難重重,。太陽翼要直接在太空里與強輻射對抗，面臨著300度的高低溫差,，需要在這么惡劣的條件下,，需要避免老化，維持數(shù)年甚至十幾年的壽命，難度可想而知,。

而且,，就像半導(dǎo)體硅一樣，砷化鎵也需要單晶結(jié)構(gòu)才能使用,，僅僅是制備這種產(chǎn)品就需要很高的技術(shù),。那么，半導(dǎo)體技術(shù)相對薄弱的我國,，是怎么較早用上這個技術(shù)的,？

因為我國不缺國士，還有前輩打下基礎(chǔ),。林蘭英院士曾是美國著名半導(dǎo)體專家,，放棄優(yōu)厚條件回到祖國，在五六十年代,，先后負責(zé)研制成中國第一根硅,、砷化鎵等單晶，為我國半導(dǎo)體材料研究打下最堅實的基礎(chǔ),。

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【林老曾是美國頂級半導(dǎo)體公司的頂級專家,，56年她放棄優(yōu)越條件毅然回國，曲折程度不比錢學(xué)森差多少,，也被美國政府“關(guān)照”,，遭到攔截搜查扣押】

于是，在一代代科研人員接力下,， 2016年天宮二號升空,，就開始用上半剛性三結(jié)砷化鎵電池板的全新技術(shù),，這時中國已經(jīng)在新型太陽翼技術(shù)上,，走在了前頭。不知是不是巧合,，2017年美國緊接著在國際空間站,，測試了砷化鎵太陽翼，計劃2022-2023年給ISS換上新設(shè)備,，增強發(fā)電能力,。與中國前后腳更新太陽翼設(shè)備，還真是“巧合”,。

至于砷化鎵電池板的生產(chǎn)技術(shù)門檻到底有多高,，看造價就能體會到了。三結(jié)砷化鎵電池板,，一平方厘米造價超過100元人民幣,，一平米造價就是100萬，在有些城市都能買一套房了。

【三結(jié)砷化鎵電池板加工特別復(fù)雜,，而且使用的材料也是昂貴金屬,，但確實是非常優(yōu)秀的發(fā)電裝備，這時候不能單純的算經(jīng)濟賬,，技術(shù)性能超過一切】

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砷化鎵材料從發(fā)現(xiàn)到應(yīng)用,，走過了半個多世紀(jì)才開始有眉目，背后是相關(guān)技術(shù)和加工工藝的不斷革新,，是一整套產(chǎn)業(yè)鏈的逐漸完善與支撐,。

很多類似的技術(shù)也都需要這樣的厚積薄發(fā)，經(jīng)過十幾年數(shù)十年的積淀,，才能出成果�,，F(xiàn)在半導(dǎo)體材料已經(jīng)發(fā)展到第三代了，希望我國能再接再厲,，生產(chǎn)出光電轉(zhuǎn)換效率更高的新型材料,，為下一代中國太空“巨艦”充能。

XY隨風(fēng)

不錯不錯

fanxx2000

50年代從國外回國的科學(xué)家們,，其直接影響中國科技進步至少100年,！目前我國部分科技方向還是錢學(xué)森一代制定的方向！