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航天储能开发面临全新挑战,新型存储方案陆续推出

电源是航天器和航天员安全的重要保障,航天器上的电子设备、信号接收机和发射机,以及载人飞船上的生命维持系统和照明系统,都需要持续供电。与日常生活用电不同,航天器的电源系统对其可靠性与安全性有着更高要求。

1957年,前苏联发射第一颗人造卫星,至此,航天器一直以储能设备作为主要动力来源。它所需的电能大多来自自备发电站,遵循航天器要求的用电功率、在空停留时间等使用条件,包括太阳能发电、核能发电、燃料电池供电及蓄电池供电等方式。

电源是航天器和航天员安全的重要保障,航天器上的电子设备、信号接收机和发射机,以及载人飞船上的生命维持系统和照明系统,都需要持续供电。与日常生活用电不同,航天器的电源系统对其可靠性与安全性有着更高要求。

航天储能开发面临全新挑战,新型存储方案陆续推出

长期载人的大型宇宙飞船、空间站和大型通信卫星需要功率在几千瓦以上的电源。因为从地球飞往木星需要5~7年,飞往冥王星需要超过10年,而要想离开太阳系,则需要连续飞行20~30年,这要求电源必须体积小,重量轻,功率大,并能运行几十年甚至上百年。NASA和Musk计划在未来几十年内前往火星,那里的温度高达460摄氏度。如果冲入木星大气层,那里的温度是零下150摄氏度。所以,航天器的电源系统还必须能经受超强辐射和极端温度的考验。

几家提供航空电力与储能解决方案的公司:

航天储能开发面临全新挑战,新型存储方案陆续推出

EaglePicher总部位于圣路易斯。1958年,探索者1号卫星使用了该公司的电池。EaglePicher的银锌电池在燃料电池失效后,能为生命维持和制导控制系统提供电力。该公司的各种能源解决方案,可帮助目前在轨的600多颗卫星供电。它的储能电池组最近还为最新的火星探测器提供了动力。

航天储能开发面临全新挑战,新型存储方案陆续推出

EaglePicher因其热电池系统而闻名,该系统由一堆串联电池组成。每个电池均由阴极,电解质隔板和阳极组成,构成标准电池的三伏。该系统还包括一个热能源,用于“点燃”电池。激活后,电池会迅速达到峰值电压,可以放置20多年不会降解。

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NGK Spark Plug是一家日本公司,目前正尝试在月球表面测试固态电池,为将来从月球挖掘资源作准备。固态电池可在太空冷真空进行能量存储,对于在月球表面工作的宇航员至关重要。

航天储能开发面临全新挑战,新型存储方案陆续推出

PolyCharge是亚利桑那州图森市的初创公司,它专门创建了商业固态电容器技术,名为NanoLam。该技术使用薄聚合物材料,用于生产或修复高压电容器,其体积和重量仅为当前设备的一半,可用于电动汽车、航天器等各种设施。

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PolyMaterials开发了一种超级电容器,能承受混合动力汽车,航天器和大型电器所需的高电压。该设备可在几秒钟内迅速充电,提供比电池更大的功率。

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Infinity位于康涅狄格州,在美国航天局(NASA)和其他美国政府机构资助下,从事燃料电池系统开发。其最大的突破之一是研发了高级被动除水燃料电池,它利用毛细管作用将系统产生的水芯吸除。材料更轻,更牢固,可为漫游车,发射系统,机组人员甚至月球基地提供动力。

航天储能开发面临全新挑战,新型存储方案陆续推出

Teledyne(TDY)是一家电子软件和工程解决方案制造商,市值120亿美元。几十年来,其能源系统部门为美国航天局(NASA)提供了储能解决方案和源源不断的电力。现在,该公司正研究在月球甚至火星开采水,为再生燃料电池堆等能源系统提供氢氧物质。

结论

为促进空间探测领域的发展,研究人员还在不断研发更加新型的电能解决方案。相信伴随新一代储能设备的开发与应用,人类对宇宙太空的探索将更进一步,人们太空旅行,甚至旅居其它星球也将成为可能。

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