光伏黑科技又立大功！“天問(wèn)一號(hào)”的發(fā)射也要靠它運(yùn)轉(zhuǎn)

7月23日，長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭成功發(fā)射首次火星探測(cè)任務(wù)“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器，火箭成功將探測(cè)器送入預(yù)定軌道，開(kāi)啟火星探測(cè)之旅，邁出了我國(guó)自主行星探測(cè)第一步。

作為我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)，“天問(wèn)一號(hào)”將通過(guò)一次發(fā)射任務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)火星的“環(huán)繞、著陸、巡視”三個(gè)目標(biāo)。而支撐“天問(wèn)一號(hào)”完成這一跨越式方案的，是我國(guó)在行星探測(cè)和基礎(chǔ)科學(xué)研究方面的技術(shù)進(jìn)步和全面發(fā)展。

“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器由軌道器、著陸器、巡視器三個(gè)部分組成，其中巡視器心臟使用的是太陽(yáng)能電池板供電方式，采用能適應(yīng)火星環(huán)境的三結(jié)砷化太陽(yáng)能電池陣列，這個(gè)技術(shù)是我國(guó)最先進(jìn)的實(shí)用性太陽(yáng)能電池陣列，也安裝在我國(guó)新一代載人飛船、“北斗三號(hào)”導(dǎo)航衛(wèi)星、“玉兔號(hào)”月面巡視器上。

作為承擔(dān)火星巡視探測(cè)重任的火星車，除了要攜帶多種精密探測(cè)儀器外，最重要的就是能源供應(yīng)，它關(guān)系到火星車的“生死存亡”。為了完成為期90天的巡視探索任務(wù)，“天問(wèn)一號(hào)”裝有四塊太陽(yáng)能電池板，為火星車提供充足的能量供應(yīng)和儲(chǔ)備。

在此之前的神舟早期任務(wù)中，航天器上使用的是多晶硅太陽(yáng)能電池板。多晶硅技術(shù)也是目前光伏發(fā)電的基礎(chǔ)技術(shù)，但是轉(zhuǎn)換效率并沒(méi)有砷化鎵電池高。

砷化鎵電池屬于太陽(yáng)能光伏發(fā)電，我們常說(shuō)的硅晶電池分為單晶硅和多晶硅，轉(zhuǎn)換率普遍在20％左右。砷化鎵電池比較先進(jìn)，是目前第三代太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了50％的轉(zhuǎn)換率，未來(lái)還會(huì)進(jìn)一步提高，生產(chǎn)型轉(zhuǎn)換率維持在30％左右。

考慮到火星表面環(huán)境惡劣，表面溫度為－110℃到30℃，且常出現(xiàn)沙塵暴，漫天飛舞的沙塵可延續(xù)數(shù)周以上，會(huì)對(duì)太陽(yáng)能電池板陣列造成極大干擾。

針對(duì)塵埃覆蓋的情況，我國(guó)科研人員提出了電除塵的技術(shù)，可清除電池板上的塵埃。太陽(yáng)能板的表面進(jìn)行了防塵涂層處理，可有效防止太陽(yáng)能板被沙塵覆蓋，光線透過(guò)率降低導(dǎo)致電池輸出功率下降，同時(shí)影響電池的熱性能，造成電池溫度升高，性能降低。

白天，火星表面陽(yáng)光充足時(shí)，火星車會(huì)利用太陽(yáng)能電池發(fā)出的電能，一部分用于工作，一部分儲(chǔ)存在蓄電池中；到了夜晚，太陽(yáng)落山，火星車?yán)脙?chǔ)存的電能，繼續(xù)工作。

火星車頂部像雙筒望遠(yuǎn)鏡樣子的設(shè)備叫作集熱窗，它可以直接吸收太陽(yáng)能，然后利用一種叫作正十一烷的物質(zhì)儲(chǔ)存能量。白天，火星溫度升高，這種物質(zhì)吸熱融化，到了晚上，溫度下降，這種物質(zhì)在凝固的過(guò)程中，釋放熱能，這樣效率可以達(dá)到80％以上。

此次火星探測(cè)器降落區(qū)域緯度低，太陽(yáng)光照較為充足，90天的設(shè)計(jì)使用壽命下，太陽(yáng)能已足以保證能量供應(yīng)。

我國(guó)當(dāng)前正在開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)研究，推動(dòng)深空探測(cè)工程實(shí)施。預(yù)計(jì)2030年前后，我國(guó)行星探測(cè)的“問(wèn)天之旅”將包括火星采樣返回、小行星探測(cè)、木星系探測(cè)等。

隨著航天技術(shù)發(fā)展，在深空探測(cè)領(lǐng)域光伏發(fā)電技術(shù)將起到非常重要的作用。本次探測(cè)火星只是邁出了第一步，此后的建立火星基地等都需要用到太陽(yáng)能技術(shù)，從深空探測(cè)、行星探測(cè)的角度看，光伏發(fā)電潛力無(wú)限。