如果可以通过航天器巨大、高效的“翅膀”吸收太阳能，转化后源源不断地传输给地面、其他航天器甚至地外行星基地，那就不仅有望解决地球上的能源问题，也有望为星际探索提供能源保障。

文/徐鸣

编辑/乐艳娜

　　有网友在社交媒体上感慨，为什么有的航天器的“翅膀”看起来很薄，有的航天器“翅膀”却很厚？航天器一定要有“翅膀”吗？未来，巨大的“翅膀”可能成为太空电站，向地面、其他航天器甚至地外行星基地输电吗？

　　首先，我们需要了解航天器的能源来源。在地球上，人们使用的电通常来自电池和发电厂。在太空中，航天器根据不同的任务需求搭载不同的载荷，无论是拍照、通信还是深空探测等都需要持续供应的能量。当前，卫星等航天器上的能源来源有三种：一是蓄电池，二是太阳能，三是核发电。

　　在对航天器功能要求不高的早期阶段，通过蓄电池提供能源就足够使用。1970年，中国发射了第一颗人造卫星“东方红一号”，形状类似于大铁球，它一个“翅膀”也没有，因为这颗卫星的设计工作寿命仅为20天，只需要银锌电池提供电量即可。

　　到了今天，航天器的功能越来越强大，也就需要更多的能源。以最高效的氢氧燃料为例，满足2千瓦级别的卫星在轨工作3年需要超过10吨的燃料，而2千瓦级卫星本身重量也就1吨左右，不可能携带巨量燃料。同样，仅靠携带蓄电池，更无法满足航天器的用电需求。因此，获取能源最常用的方式是太阳能电池供电。早期使用体装式太阳电池阵进行供能，随着功率需求的不断提升，太阳电池阵的面积需求远超卫星星体表面面积，展开式太阳电池阵就成为必然选择，也就是给航天器插上提供能源的“翅膀”。为2千瓦级别卫星配套的太阳电池阵，总重量一般不超过40公斤。

　　通常来说，上述“翅膀”贴有半导体硅片或砷化镓片，可以把太阳光的光能转换成电能，持续为航天器提供充足的能源，面积越大，功率越高，航天器能干的活越多。

　　在过去60多年里，“翅膀”不断随着需求牵引升级。如今航天器的功能越来越强大，一颗卫星可能同时具备通信、遥感和导航三种能力，所需能量更多，也就需要更厉害的“翅膀”。此外，材料、工艺等不断迭代，高转换效率电池、高模量碳纤维、超长展开桁架等新技术突破发展，推动了“翅膀”制造技术及性能提高。

　　从上世纪70年代末开始，国际上航天器的“翅膀”开始从“硬”逐步向“软”发展。航天器“翅膀”需要有“骨骼”支撑，太阳电池片要贴在“板子”上，有的“板子”硬，不易发生变形，设计及工艺成熟简单，这就是主流的刚性太阳翼。还有一种半刚性太阳翼，其基板更轻薄，但制造工艺复杂。这两种太阳翼的重量和收拢后的体积都比较大。

　　随着太空基础设施建设加速，航天器“翅膀”不断升级，整体质量显著减轻、转换功率显著上升的柔性太阳翼应运而生，比如哈勃太空望远镜、国际空间站太阳电池阵都采用了柔性“板子”。我国空间站也采用了大面积柔性太阳翼作为整站发电装置。

　　要想提高航天器的功能，首先要保障能源供应。当前，全球各大航天公司纷纷开展“翅膀”的通用化和批产化工作，并加速各型柔性“翅膀”的研发。

　　当然，航天器除了“翅膀”这种供电方式，还可以通过核电源供电。核电源具有功率大、不依赖太阳能等优势，但缺点是有辐射性，需采用辐射屏蔽措施，这种电源主要在深空探测器中使用。

　　随着技术的发展，有望给航天器安装上更轻盈、更高效、更柔软的“翅膀”。空间太阳能属于绿色清洁和可再生的能源，如果可以通过航天器巨大、高效的“翅膀”吸收太阳能，转化后源源不断地传输给地面、其他航天器甚至地外行星基地，那就不仅有望解决地球上的能源问题，也有望为星际探索提供能源保障。在太空中，通过调整“翅膀”的姿态、设计航天器的轨道，可以使空间太阳能电站无论四季变换还是昼夜变换都在发电，综合光强是地面的6倍以上。

来源：2023年5月17日出版的《环球》杂志 第10期

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