航天器主要采用什么电源？

航天器上许多电子设备，所以，电源对于航天器来讲是必不可少的，电源功率的大小和寿命对航天器的性能有至关重要的影响。现代航天器在与火箭分离后首先要展开太阳电池翼，否则难以正常工作运行。在实际运行过程中，也常常出现因电源故障而导致航天器报废。因此，航天器电源至关重要。

1 主打太阳能电池

航天器电源分系统用于产生、存储和变换电能，包含发电装置、电能存储装置、电源功率调节、电源电压变换等硬件，其功能对提高航天器完成广泛而复杂任务具有重要影响。所以，随着航天器技术的发展，其电源功率也在不断提高，已从最初的几十瓦增加到十几千瓦甚至几十千瓦。目前，航天器上的常用电源有太阳能电池电源、化学电源和核电源等多种。

太阳能是一种取之不尽、用之不竭的能源。因此，目前大多数航天器都主要采用太阳能电池，因为这种电池可利用半导体材料的光电效应将太阳能转换成电能，能工作几年甚至几十年。早期的人造地球卫星是把太阳电池片贴在航天器星体表面，即采用体装式电源。但由于面积较小，所以采用这种方式发电功率不高。现在的航天器都把数以万计的太阳电池片贴在面积很大的板上，然后把整块太阳电池板安装在航天器星体外面，因此发电功率较高。

太阳能电池贴在卫星星体表面的中国东方红－2试验通信卫星

由我国制造的委内瑞拉卫星－1进行太阳电池翼展开试验

太阳电池片有的是采用硅材料制造，有的采用砷化镓材料制造，由于后者光电转换效率高于前者，达到20%以上，所以航天器目前广泛采用砷化镓太阳电池片。另外，为了进一步增加太阳电池片数量，中大型航天器多采用由数块太阳电池板连接而成的太阳电池翼。它很像飞机的翅膀，由于太大，火箭装不下，所以在发射时太阳电池翼是处于折叠状态或卷起来，航天器与火箭分离后再展开太阳电池翼。为了使航天器上的太阳电池翼总是朝向太阳，以进一步提高航天器上太阳电池的工作效率，获取最大的电能，不少航天器上的太阳电池翼采用了以下先进技术，一是装有驱动机构，它能带着太阳电池翼像桨轮一样实现360°的转动；二是用太阳敏感器来捕获太阳的方位，然后不断控制驱动机构一直保持太阳电池翼获得最佳的太阳入射角，从而为航天器提供更高效的能源。

我国天宫－1的资源舱舱外安装了一对由4块太阳电池板组成的半刚性砷化镓材料的太阳电池翼，展开后总长18.4m，功率为3kW，发电效率高达27%～28%。舱内首次应用了低轨长寿命高充放电倍率氢镍电池组。

2 航天器上有化学电池吗？

航天器采用太阳电池供电具有寿命长、质量轻的优点，但其首要条件就是太阳电池翼必须在太阳光的照射下才能产生电源。那么当航天器进入地球的阴影区，太阳照不到航天器的太阳电池翼时怎么办呢？目前的办法是把太阳电池阵与蓄电池（即可充电的电池）一起组成太阳电池阵-蓄电池组电源系统，这样就可以解决航天器进入阴影区的供电问题，保证航天器连续正常工作。其具体过程是：当航天器飞到阳照区时，太阳电池阵一方面给航天器上的设备供电，另一方面向蓄电池组充电，把多余的电能储存起来；当航天器飞到阴影区时，由蓄电池给航天器上的设备供电。

我国的天宫－1目标飞行器和与之交会对接的“ 神舟” 飞船都各自装有一对发电能力上千瓦的太阳电池翼

安装美国航天飞机上的氢氧燃料电池

航天器上用的蓄电池与地面上使用的蓄电池在原理上是一样，可以多次充放电，但要求转换效率高、质量小、寿命长。好的蓄电池可达到数万次充放电。

蓄电池现有多种，如锌银电池和锂电池，其性能主要用比能量的大小来衡量。所谓比能量就是单位质量的电池能够产生的电能，电池的比能量越高性能就越好。锌银电池的比能量为156～238Wh/kg，锂电池的比能量为200～500Wh/kg，因此锂电池前景广阔。

有的航天器也用燃料电池，比如美国航天飞机上有3个氢氧燃料电池和3个镍镉电池。燃料电池是一种不同于一次性电池或蓄电池的化学电池，可把储存在燃料中的化学能经过化学反应转变成电能。这种电池也有很多种类，如氢氧燃料电池，这种电池是利用氢和氧的“燃烧”作用产生热能来发电的，比能量很高，但是比较复杂，且有一定危险。

总的来讲，不管使用何种蓄电池，它们的比能量都比较低，且寿命不是特别长。

3 为什么目前航天器很少使用核电源？

目前，全球已建立了多座核电站，那么，在航天器上是否能使用核电源呢？按理说是可以的。这种电源是一种利用放射性同位素蜕变或放射性同位素裂变所释放的能量，通过热电转换器件转换成电能的发电装置。使用核电源能克服太阳电池阵、化学电源各自的不足。与太阳电池阵-蓄电池电源系统相比，空间核电源的主要优势是：单位质量功率大、成本低；不依赖太阳能，不受尘埃、高温和辐射等因素影响，环境适应能力和生存能力强。由于采用核电源的航天器外部没有大面积太阳电池翼，所以航天器在低轨道飞行时受太空中残存大气阻力影响较小。

美国航天专家打开装在筒内的放射性同位素热电发生器

定于2015年抵达冥王星的美国“新地平线”探测器装有核电源（左边黑色圆柱体）

航天器上用的核电源主要由热源、热电转换装置和散热器等组成，其中热源有放射性同位素源和核反应堆两种，热电转换装置有温差热电偶和热离子二极管等多种，用不同的热源、热电转换装置能组成不同种类的核电源。目前，已进入实用阶段的核电源有放射性同位素温差发电器、核反应堆热离子发电器两种。前者发电功率为几十至几百瓦，后者发电功率为几千瓦至数十千瓦。

实际上，无论哪种核电源，它们都是利用原子核的突变（衰变或裂变）所释放的能量来发电的。这些能量以热的形式输出，由热电转换器转换成电能。

俗话说，人无完人，金无足赤，核电源也不例外。它有一些明显的缺陷，比如航天器上使用核电源时，要求对航天器上的仪器设备采用辐射屏蔽措施，这样就增大了航天器质量；此外，核电源价格昂贵，且不安全，如果采用核电源的航天器发生故障而坠毁，它会对大气和地球造成污染。1978年1月24日，苏联宇宙－954核动力航天器发生故障而自然陨落，结果未燃尽的带有放射性的航天器碎片散落在加拿大境内，造成严重的污染和巨大的恐慌。所以，载人航天器目前不采用核电源，人造地球卫星采用核电源的也很少，现代化的太阳电池阵-蓄电池组电源系统已能满足这些航天器的需求，只有一些远离太阳的木星探测器、土星探测器等空间探测器才采用核电源。