今日太空实验室｜“太空抽屉”里面有什么？
发布日期: 2023-04-03
信息来源: 中国载人航天工程网
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目前，中国空间站已全面建成，工程转入应用与发展阶段。作为中国航天史上规模最大、长期有人照料的空间实验平台，建成后的中国空间站成为国家太空实验室，三舱部署的多个实验柜可开展上千项科学实验，惠及地球上普通人的生活。
中国载人航天官方平台开设“今日太空实验室”科普专栏，为你生动介绍国家太空实验室中的各个实验柜，满足你对太空中开展的各项科学实验和技术试验的好奇心。
01 航天基础试验机柜
今天，我们一起聊聊航天基础试验机柜。
空间站各舱段内的四面都装有实验柜，它位于梦天实验舱靠近节点舱的一端，航天员的“脚下”。
▲航天基础试验机柜在中国空间站的大致位置
从外形来看，航天基础试验机柜由多个大小不一的“太空抽屉”（载荷单元）组成，每个抽屉还配有把手，整体仿佛是一个多功能收纳柜，很有辨识度。
▲航天基础试验机柜（左） 普通收纳柜（右）
航天基础试验机柜身处微重力等特殊研究环境中，能够用于支持开展舱内的各项技术试验，针对制约我国航天长远发展的关键技术开展一系列研究，为未来我国航天技术发展和空间应用提供有力的技术支撑。
可以说，航天基础试验机柜就像是哆啦A梦的口袋，每个“太空抽屉”里的试验项目都各不相同。
近日，其中一个“太空抽屉”里完成了一件大事，斯特林热电转换技术完成在轨验证，再次解锁一项“我国首次”。
▲斯特林热电转换试验装置
02 斯特林热电转换试验装置
是啥？什么原理？
斯特林热电转换试验装置位于机柜的左下角，它是一种外燃式发电机，能将热能转化为电能，有合适的温差就能工作。200多年前，由英国科学家罗巴特·斯特林发明了斯特林发电机。工作原理既古老又简单，可以从“热胀冷缩”这个词中理解。
▲斯特林热电转换试验装置位置
通过外部加热，机器内部的氦气便会吸热膨胀，并在冷端收缩，将温差变成自己动力的源泉。
▲斯特林热电转换试验装置示意图
同时，它也不挑燃料。只要能发热，无论是太阳能、燃油、煤炭、木柴，还是核燃料棒，只要有合适的温差就可以工作，非常让人省心且具有明显的优势。
效率有多高？
斯特林热电转换装置的温度比（热端温度与冷端温度之比）越高，热电转换效率就越高。
目前，在温度比接近3的情况下，国内外实现的转换效率能够达到28%以上。
▲斯特林热电转换试验装置内部
本次空间站在轨试验装置温度比为2.2，实现在轨热电转换效率24.7%，若温度比达到3的情况下，也可实现近28%的转换效率。
因此，从这个角度可以理解为转换效率达到了国际上的中上水平。
03 未来或成为人类探测深空一项必不可少的技术
为什么开展这项试验？
现阶段，中国空间站运行在距离地面约400公里的轨道上，空间站主要使用太阳能电池，利用光电效应发电。但是随着航天器到太阳的距离越来越远，太阳能电池组的效率明显下降，甚至都不起作用。
▲中国空间站舱外全景相机拍摄画面
未来，如果人类的脚步踏入月球背面、木星，甚至从行星到行星，太阳的光照微乎其微，太阳能发电就指望不上。该如何保证航天器电力需求？
此时，斯特林发电机就体现出自己的价值，只要给个合适热源和温差就可以发电。
热源使用成熟的核燃料技术，寿命长、发热稳定，两者结合就是完美的电力系统，解决空间电源使用需求。同时，斯特林电源系统作为一种高效能源技术，具有高效率、结构简单、质量轻、启动快和振动小、噪声低等优点。
因此，斯特林热电转换技术在这些领域具有不可替代性。
对未来的展望
斯特林热电转换技术作为一种高效能源技术，在空间有着广泛的应用需求，可用于深空探测、火星探测和更远的木星探测等任务，特别是不依赖太阳能的任务。
▲月面着陆器与新一代载人飞船模型
想不到，一枚小小的“太空抽屉”，在方寸之间，装进了我们对大千世界的探索和追问，对浩瀚宇宙的敬畏和思考。宇宙那么大，人类应该去看看，中国人更应该去看看。在不远的将来，中国人的脚步一定能迈向更远的深空！
文/杨金禄、吴馥桐
（责任编辑：郝祎咛）
