太空實驗室： “太空抽屜”里面有什么？

目前，中國空間站已全面建成，工程轉入應用與發展階段。作為中國航天史上規模最大、長期有人照料的空間實驗平臺，建成后的中國空間站成為國家太空實驗室，三艙部署的多個實驗柜可開展上千項科學實驗，惠及地球上普通人的生活。

(資料圖)

中國載人航天官方平臺開設“今日太空實驗室”科普專欄，為你生動介紹國家太空實驗室中的各個實驗柜，滿足你對太空中開展的各項科學實驗和技術試驗的好奇心。

01 航天基礎試驗機柜

今天，我們一起聊聊航天基礎試驗機柜。

空間站各艙段內的四面都裝有實驗柜，它位于夢天實驗艙靠近節點艙的一端，航天員的“腳下”。

▲航天基礎試驗機柜在中國空間站的大致位置

從外形來看，航天基礎試驗機柜由多個大小不一的“太空抽屜”（載荷單元）組成，每個抽屜還配有把手，整體仿佛是一個多功能收納柜，很有辨識度。

▲航天基礎試驗機柜（左） 普通收納柜（右）

航天基礎試驗機柜身處微重力等特殊研究環境中，能夠用于支持開展艙內的各項技術試驗，針對制約我國航天長遠發展的關鍵技術開展一系列研究，為未來我國航天技術發展和空間應用提供有力的技術支撐。

可以說，航天基礎試驗機柜就像是哆啦A夢的口袋，每個“太空抽屜”里的試驗項目都各不相同。

近日，其中一個“太空抽屜”里完成了一件大事，斯特林熱電轉換技術完成在軌驗證，再次解鎖一項“我國首次”。

▲斯特林熱電轉換試驗裝置

02 斯特林熱電轉換試驗裝置

是啥？什么原理？

斯特林熱電轉換試驗裝置位于機柜的左下角，它是一種外燃式發電機，能將熱能轉化為電能，有合適的溫差就能工作。200多年前，由英國科學家羅巴特·斯特林發明了斯特林發電機。工作原理既古老又簡單，可以從“熱脹冷縮”這個詞中理解。

▲斯特林熱電轉換試驗裝置位置

通過外部加熱，機器內部的氦氣便會吸熱膨脹，并在冷端收縮，將溫差變成自己動力的源泉。

▲斯特林熱電轉換試驗裝置示意圖

同時，它也不挑燃料。只要能發熱，無論是太陽能、燃油、煤炭、木柴，還是核燃料棒，只要有合適的溫差就可以工作，非常讓人省心且具有明顯的優勢。

效率有多高？

斯特林熱電轉換裝置的溫度比（熱端溫度與冷端溫度之比）越高，熱電轉換效率就越高。

目前，在溫度比接近3的情況下，國內外實現的轉換效率能夠達到28%以上。

▲斯特林熱電轉換試驗裝置內部

本次空間站在軌試驗裝置溫度比為2.2，實現在軌熱電轉換效率24.7%，若溫度比達到3的情況下，也可實現近28%的轉換效率。

因此，從這個角度可以理解為轉換效率達到了國際上的中上水平。

03 未來或成為人類探測深空一項必不可少的技術

為什么開展這項試驗？

現階段，中國空間站運行在距離地面約400公里的軌道上，空間站主要使用太陽能電池，利用光電效應發電。但是隨著航天器到太陽的距離越來越遠，太陽能電池組的效率明顯下降，甚至都不起作用。

▲中國空間站艙外全景相機拍攝畫面

未來，如果人類的腳步踏入月球背面、木星，甚至從行星到行星，太陽的光照微乎其微，太陽能發電就指望不上。該如何保證航天器電力需求？

此時，斯特林發電機就體現出自己的價值，只要給個合適熱源和溫差就可以發電。

熱源使用成熟的核燃料技術，壽命長、發熱穩定，兩者結合就是完美的電力系統，解決空間電源使用需求。同時，斯特林電源系統作為一種高效能源技術，具有高效率、結構簡單、質量輕、啟動快和振動小、噪聲低等優點。

因此，斯特林熱電轉換技術在這些領域具有不可替代性。

對未來的展望

斯特林熱電轉換技術作為一種高效能源技術，在空間有著廣泛的應用需求，可用于深空探測、火星探測和更遠的木星探測等任務，特別是不依賴太陽能的任務。

▲月面著陸器與新一代載人飛船模型

想不到，一枚小小的“太空抽屜”，在方寸之間，裝進了我們對大千世界的探索和追問，對浩瀚宇宙的敬畏和思考。宇宙那么大，人類應該去看看，中國人更應該去看看。在不遠的將來，中國人的腳步一定能邁向更遠的深空！

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