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】

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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的追趕,。

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【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，設計發(fā)電功率就已經超過100千瓦,，兩者發(fā)電能力已經基本相同,。這是什么原因？

是天宮的太陽能板更大嗎,？結果數(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,，關鍵在材料上

用這么小的身板，發(fā)這么強的電,，其實關鍵就在材料與技術上,。乍看ISS與天宮都是太陽翼，樣子結構都差不多,，但實際上完全是兩個時代的產物,。

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、可以重復展開收放,，厚度只有0.7毫米,，采用三結砷化鎵材料，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,。

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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。關鍵是,，中國空間站的太陽翼采用二次展開的獨特設計,，結構和材料領先世界，重量比國際空間站大大減輕,，不需要復雜的桁架結構,，日后維護更換也更方便。

早在1890年代，不到20歲的法國物理學家埃德蒙·貝克勒爾,，其實就已經發(fā)現(xiàn)了光伏效應,，給人類的能源領域打開了全新的大門。但因為功率太低,，這技術在地面上一直沒怎么開發(fā)利用,，直到20世紀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,，當時發(fā)電功率，只有5毫瓦,。

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【天才物理學家埃德蒙·貝克勒爾,，光伏效應也被稱作貝克勒爾效應】

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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，一個是增強光電轉換效率,。實際上在1998年時,，國際空間站使用的已經是較為先進的硅基太陽能電池板了,，不但面積巨大,，轉換效率也達到了14%。

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

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

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,，就像半導體硅一樣,，砷化鎵也需要單晶結構才能使用，僅僅是制備這種產品就需要很高的技術,。那么,，半導體技術相對薄弱的我國，是怎么較早用上這個技術的,？

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

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【林老曾是美國頂級半導體公司的頂級專家,，56年她放棄優(yōu)越條件毅然回國,，曲折程度不比錢學森差多少，也被美國政府“關照”,，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砷化鎵電池板的全新技術,，這時中國已經在新型太陽翼技術上，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換上新設備,，增強發(fā)電能力。與中國前后腳更新太陽翼設備,，還真是“巧合”,。

至于砷化鎵電池板的生產技術門檻到底有多高，看造價就能體會到了,。三結砷化鎵電池板,，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,。

【三結砷化鎵電池板加工特別復雜,，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濟賬,，技術性能超過一切】

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

很多類似的技術也都需要這樣的厚積薄發(fā),，經過十幾年數(shù)十年的積淀,，才能出成果。現(xiàn)在半導體材料已經發(fā)展到第三代了,，希望我國能再接再厲,，生產出光電轉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

不錯不錯

fanxx2000

50年代從國外回國的科學家們,，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森一代制定的方向,！