開拓太陽能利用新疆界 閱讀答案

熱心網(wǎng)友：太空中的衛(wèi)星、飛船、空間站等航天器，多是由太陽能電池板提供能量的。比如“神舟”系列飛船入軌后，太阻能電池板像一雙翅膀一樣展開，保證飛船的正常飛行；“鳳凰號”探測器登陸火星后，兩扇太陽能電池板將為其為期三個月、但極有可能時間更長的探測活動提供充足的動力。當一艘航天器在地球附近活動時，它離太陽很近，陽光充足，這時使用太陽能是沒有問題的。然而，當它飛得更遠，遠到接近甚至超越陽光照射的疆界之外，該如何利用太陽能呢? 一艘航天器的行程如果超越了火星，太陽可以提供的能量就十分有限了?！奥眯姓?號”的行程持續(xù)了30年，它幾乎越過太陽系的所有行星來到了太陽系的邊緣。在寒冷、黑暗、空寂韻太空中，太陽的影響已經(jīng)結束，從那里看太陽，太陽的亮度比我們從地球上看到的暗淡7000倍，僅僅相當于天空中一顆明亮的星星而已。由于太陽能電池已經(jīng)無法使用了，“旅行者1號”的能源來自早期的放射性同位素熱電式發(fā)電機。 1990年10月，“尤利西斯號”探測器被美國“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機送入太空，它的任務是研究太陽的兩極。為了更好地觀測太陽，“尤利西斯號”必須飛臨木星，在靠近木星的時候，太陽光變得極其微弱，只相當于地球附近的1／25。在這種情況下，太陽能電池板要想獲取足夠的能量便必須重達545千克，“尤利西斯號”的重量也因此要增加一倍，這將給航天飛機的助推器增加極大的負擔?！坝壤魉固枴蓖瑯記]有使用太陽能，而是依靠一臺放射性同位素熱電式發(fā)電機，它只有56千克。 國際空間站上的太陽能電池是多年以前的產(chǎn)品，它能將14％的陽光轉變成電能，而現(xiàn)在的太陽能電池則可以是多帶隙的，能將陽光中不同光譜中的光能轉化成電能，其效率達到30％，使用這種太陽能電池，航天器可以飛得離太陽更遠。據(jù)科學家計算，假若在距太陽1個天文單位(指地球到太陽的平均距離，約1．5億千米)時，每平方米太陽能電池板所產(chǎn)生的電能為400瓦，那么超過木星后，要產(chǎn)生同樣的電能，太陽能電池板就需要25平方米，而到達冥王星后，這個面積則要增加到近2000平方米。 航天科學家正在千方百計地延伸太陽的疆域，他們認為，只要想辦法充分吸收陽光，最大限度地利用太陽能，航天器就能僅僅依靠陽光的驅使飛向更加遙遠的太空。他們的方法包括研制更有效率的太陽能電池，使用激光，在月球和火星上安裝太陽能裝置等等。 今天，就航天器而言，所謂“太陽的疆域”大致可延伸到距太陽4個天文單位的地方，那里已經(jīng)越過了火星(1．5個天文單位)的軌道，但離木星(5．2個天文單位)還有些距離，那里的陽光強度只相當于地球上陽光強度的1／16。不過使用最新的科技，科學家有望將太陽的疆域擴展到外太陽系。 未來的太陽能收集器可以使用一種先進的薄膜，讓太陽能電池變得非常輕便，整個裝置的面積可以做得非常大。不過同時它們也更容易成為太空塵粒攻擊的目標，所以如何防范太空塵粒的攻擊又成了一個新的挑戰(zhàn)，科學家正在研制一種有自動修復功能的材料，例如一種聚合體材料，它的特殊本領是能像皮膚一樣自動地愈合。這種以環(huán)氧樹脂為主體的材料內部遍布著一個非常細微而又相互連通的網(wǎng)絡管道系統(tǒng)，里面充滿低黏性的愈合劑。當材料發(fā)生破損，管道中的愈合劑便會在毛細管作用的推動下實施滲透，一旦它們來到破損的地方，遇到環(huán)氧層中的催化劑粒子，破損處便開始聚合，破損的地方便自動愈合了。另一種自愈合材料是一種高聚物，當破損發(fā)生時，它的反應便是立即自動聚攏。這類材料雖然還處在研制階段，但一旦技術成熟，它們的應用前景將十分可觀。面積巨大的光電池板如果得到實際的應用，陽光的邊界自然要向外延伸了。 1999年2月9日，“星塵號”彗星探測器發(fā)射升空，2004年1月2日，這顆探測器飛越維爾特二號彗星，這時它距太陽2．27個天文單位，在這樣的距離使用太陽能在當時是一個新記錄，然而它的太陽能電池系統(tǒng)工作得非常好，光電轉換的效率超過了科學家的預計。另一顆引人注目的探測器是“深空一號”，它的能量來自一個先進的太陽能集電器，它由太陽能電池和一個聚焦陽光的鏡片矩陣組成，720個鏡片將陽光聚集在3600個太陽能電池上，23％的陽光被轉化成了電能。“深空一號”使用離子引擎，在太陽能電池的驅動下，離子引擎全速運轉一天，“深空一號”的速度就增加25～32千米／小時。 基于“深空一號”的成功，一艘名為“黎明”的航天器也于2007年9月27日離開了地球。它的目標是位于火星和木星之間的灶神星和谷神星。在黎明號上，電力來自兩個巨大的太陽能電池板，當這個太陽能電池板收攏時，黎明號只有2．36米長，而當它展開后，黎明號的最長尺寸可達到19．7米。盡管灶神星和谷神星距太陽的距離比火星距太陽的距離還要遙遠，但這對寬闊的太陽能電池板依然能提供足夠的電力，保證黎明號長途奔行50億千米完成探測任務。隨著推力的逐漸積累，這艘探測器在出發(fā)一年后，其飛行速度可達到9萬千米／小時。