如果可以通過航太器巨大、高效的“翅膀”吸收太陽能，轉化後源源不斷地傳輸給地面、其他航太器甚至地外行星基地，那就不僅有望解決地球上的能源問題，也有望為星際探索提供能源保障。

文/徐鳴

編輯/樂艷娜

　　有網友在社交媒體上感慨，為什麼有的航太器的“翅膀”看起來很薄，有的航太器“翅膀”卻很厚？航太器一定要有“翅膀”嗎？未來，巨大的“翅膀”可能成為太空電站，向地面、其他航太器甚至地外行星基地輸電嗎？

　　首先，我們需要了解航太器的能源來源。在地球上，人們使用的電通常來自電池和發電廠。在太空中，航太器根據不同的任務需求搭載不同的載荷，無論是拍照、通信還是深空探測等都需要持續供應的能量。當前，衛星等航太器上的能源來源有三種：一是蓄電池，二是太陽能，三是核發電。

　　在對航太器功能要求不高的早期階段，通過蓄電池提供能源就足夠使用。1970年，中國發射了第一顆人造衛星“東方紅一號”，形狀類似于大鐵球，它一個“翅膀”也沒有，因為這顆衛星的設計工作壽命僅為20天，只需要銀鋅電池提供電量即可。

　　到了今天，航太器的功能越來越強大，也就需要更多的能源。以最高效的氫氧燃料為例，滿足2千瓦級別的衛星在軌工作3年需要超過10噸的燃料，而2千瓦級衛星本身重量也就1噸左右，不可能攜帶巨量燃料。同樣，僅靠攜帶蓄電池，更無法滿足航太器的用電需求。因此，獲取能源最常用的方式是太陽能電池供電。早期使用體裝式太陽電池陣進行供能，隨著功率需求的不斷提升，太陽電池陣的面積需求遠超衛星星體表面面積，展開式太陽電池陣就成為必然選擇，也就是給航太器插上提供能源的“翅膀”。為2千瓦級別衛星配套的太陽電池陣，總重量一般不超過40公斤。

　　通常來説，上述“翅膀”貼有半導體硅片或砷化鎵片，可以把太陽光的光能轉換成電能，持續為航太器提供充足的能源，面積越大，功率越高，航太器能幹的活越多。

　　在過去60多年裏，“翅膀”不斷隨著需求牽引升級。如今航太器的功能越來越強大，一顆衛星可能同時具備通信、遙感和導航三種能力，所需能量更多，也就需要更厲害的“翅膀”。此外，材料、工藝等不斷迭代，高轉換效率電池、高模量碳纖維、超長展開桁架等新技術突破發展，推動了“翅膀”制造技術及性能提高。

　　從上世紀70年代末開始，國際上航太器的“翅膀”開始從“硬”逐步向“軟”發展。航太器“翅膀”需要有“骨骼”支撐，太陽電池片要貼在“板子”上，有的“板子”硬，不易發生變形，設計及工藝成熟簡單，這就是主流的剛性太陽翼。還有一種半剛性太陽翼，其基板更輕薄，但制造工藝復雜。這兩種太陽翼的重量和收攏後的體積都比較大。

　　隨著太空基礎設施建設加速，航太器“翅膀”不斷升級，整體品質顯著減輕、轉換功率顯著上升的柔性太陽翼應運而生，比如哈勃太空望遠鏡、國際空間站太陽電池陣都採用了柔性“板子”。我國空間站也採用了大面積柔性太陽翼作為整站發電裝置。

　　要想提高航太器的功能，首先要保障能源供應。當前，全球各大航太公司紛紛開展“翅膀”的通用化和批産化工作，並加速各型柔性“翅膀”的研發。

　　當然，航太器除了“翅膀”這種供電方式，還可以通過核電源供電。核電源具有功率大、不依賴太陽能等優勢，但缺點是有輻射性，需採用輻射遮罩措施，這種電源主要在深空探測器中使用。

　　隨著技術的發展，有望給航太器安裝上更輕盈、更高效、更柔軟的“翅膀”。空間太陽能屬于綠色清潔和可再生的能源，如果可以通過航太器巨大、高效的“翅膀”吸收太陽能，轉化後源源不斷地傳輸給地面、其他航太器甚至地外行星基地，那就不僅有望解決地球上的能源問題，也有望為星際探索提供能源保障。在太空中，通過調整“翅膀”的姿態、設計航太器的軌道，可以使空間太陽能電站無論四季變換還是晝夜變換都在發電，綜合光強是地面的6倍以上。

來源：2023年5月17日出版的《環球》雜志 第10期

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