Einatmen, einatmen, einatmen … den Sonnenschein einatmen? Enthüllung der „Energieflügel“ des Raumfahrzeugs

Sind Sie auch neugierig auf die großen „Flügel“ des Raumschiffs? Diese „Flügel“ sind die Hauptlieferanten von Strom und Energie für die Raumstation. Lassen Sie uns heute die Geheimnisse dieser „Flügel“ eingehend erkunden!

Die Antriebsflügel von Raumfahrzeugen: Solaranlagen

Solarmodule auf dem Wentian-Experimentiermodul

Die „Flügel“ des Raumfahrzeugs sind mit Solarzellen bedeckt, die wissenschaftlich als „Solaranlagen“ bezeichnet werden. Solaranlagen funktionieren ähnlich wie herkömmliche Solarkollektoren: Sie sammeln Sonnenenergie und wandeln sie in Elektrizität um. Allerdings reicht die Energieumwandlung allein nicht aus, um den stabilen Betrieb von Raumfahrzeugen in der rauen Weltraumumgebung zu gewährleisten. Der Schlüssel liegt darin, Sonnenenergie effizient und kontinuierlich zu gewinnen.

Der größte Unterschied zwischen den Solarmodulen auf Raumfahrzeugen und gewöhnlichen Solarkollektoren besteht darin, dass sie wie eine Sonnenblume immer der Sonne zugewandt sein können. Mithilfe einer präzisen Solarausrichtungstechnologie kann die Solaranlage ihren Winkel in Echtzeit anpassen, um eine maximale Sonneneinstrahlung zu gewährleisten. Dadurch wird genügend Sonnenlicht absorbiert und das Raumfahrzeug mit ausreichend Energie versorgt. Diese elektrische Energie liefert nicht nur Strom für den Echtzeitbetrieb des Raumfahrzeugs, sondern lädt und speichert auch Energie für die Batterien. Sobald das Raumfahrzeug in den Schattenbereich der Umlaufbahn eintritt, wo die Sonnenstrahlen es nicht erreichen können, können die Brennstoffzellen, die still und leise Energie gespeichert haben, die Arbeit übernehmen und den Betrieb des Raumfahrzeugs stabil und zuverlässig mit Strom versorgen. Dadurch wird sichergestellt, dass alle Arten von Instrumenten und Geräten ordnungsgemäß funktionieren. Durch die koordinierte Zusammenarbeit von Solarmodulen und Brennstoffzellen wird das durch wechselndes Licht im Weltraum verursachte Energieversorgungsproblem clever gelöst.

Entwicklungsverlauf von Solaranlagen

Warum also verwenden Raumfahrzeuge bei der Durchführung von Missionen keine Batterien direkt, sondern stattdessen eine Konfiguration aus Solarpanel und Batterie? Dies liegt daran, dass Solarenergie kontinuierlicher Strom liefern kann als Batterien. Daher wird bei der Durchführung von Weltraummissionen für Raumfahrzeuge je nach Dauer das geeignete Energieversorgungssystem ausgewählt. Für lange Missionen eignen sich Solarmodule besser, für kurze Missionen Batterien (einschließlich Brennstoffzellen). Bei längeren Missionen, wie zum Beispiel einer Raumstation, ist Solarenergie natürlich die beste Wahl. Bei Missionen von kürzerer Dauer, wie beispielsweise bei der Apollo-Raumsonde, ist der Einsatz von Solarenergie jedoch nicht erforderlich.

Falt- und Entfaltmechanismus des Solarpanels

Darüber hinaus ist es nicht schwer festzustellen, dass Solarzellen angesichts der Einschränkungen des begrenzten Startgewichts die vernünftigste Wahl sind, um den langfristigen Normalbetrieb von Hochleistungslasten sicherzustellen. Der Zustand der Solarmodule ändert sich während der verschiedenen Flugphasen des Raumfahrzeugs. Während der Startphase werden die Segel gefaltet und in der Verkleidung verstaut, um den Aufprall des entgegenkommenden aerodynamischen Stroms zu vermeiden. Nach dem Eintritt in die Umlaufbahn werden sie entfaltet, um das Raumfahrzeug mit Energie zu versorgen.

Unter den vielen Energiequellen ist Solarenergie eine relativ leicht zu gewinnende und nachhaltige Energiequelle. Im Weltraum ist die Sonnenenergie unerschöpflich. Solange die Solarmodule ordnungsgemäß funktionieren, können sie kontinuierlich Sonnenenergie in elektrische Energie umwandeln.

Und bei einer umfassenden Betrachtung des gesamten Luft- und Raumfahrtsystems ist zu erkennen, dass es zwar Probleme wie etwa Risiken beim Entfaltungsprozess von ausfahrbaren Solarmodulen gibt, diese Risiken jedoch dadurch verringert werden können, dass man sie mit Backup-Systemen ausstattet, mehrere Versicherungen und mehrere Zündvorrichtungen für Sprengbolzen einbaut und ihre Zuverlässigkeit verbessert, wodurch starke Energiegarantien für den stabilen Betrieb von Satelliten und anderen Raumfahrzeugen geschaffen werden.

Satellit im „Spin“-Stabilisierungsmodus

Derzeit befinden sich einige Raumfahrzeuge im „Spin“-stabilisierten Modus, wobei an ihrer Oberfläche Solarmodule angebracht sind. Obwohl die Auslastung seiner Solarmodule gering ist und ihre maximale Ausgangsleistung begrenzt ist, sind sie relativ einfach, stellen keine oder nur eine geringe Gefahr dar und können den Strombedarf kleiner Satelliten decken.

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Raumfahrzeugen steigt der Stromverbrauch weiter an und auch die Anforderungen an die Massennutzung von Satelliten nehmen zu. Da Weltraumerkundungsmissionen zunehmend komplexer und vielfältiger werden, steigen zudem die Anforderungen an die Stabilität und Zuverlässigkeit der Energieversorgung von Raumfahrzeugen. Um Raumfahrzeuge künftig mit mehr Strom zu versorgen, könnte es zu neuen Durchbrüchen bei der Entwicklung von Solarmodulen kommen. Beispielsweise könnten Solarmodule entwickelt werden, die sich drehen und entfalten können. Dabei wird die Fähigkeit genutzt, sich zu einer flachen Oberfläche zu entfalten, um das Raumfahrzeug nach dem Eintritt in die Umlaufbahn mit ausreichender Elektrizität zu versorgen.

Die dualen Motoren der Luft- und Raumfahrttechnologie und der industriellen Entwicklung

Die Technologien der Solarmodule für die Luft- und Raumfahrt in den Bereichen Materialwissenschaft, photoelektrischer Umwandlungsmechanismus und Systemintegration bieten grenzüberschreitende Inspiration für die terrestrische Photovoltaiktechnologie. Beispiele hierfür sind die Forschung und Entwicklung neuer Halbleitermaterialien, die Anwendung von Mehrfachverbindungsbatteriestrukturen sowie Erfahrungen im Bereich intelligenter Mikronetze und Energiespeichermanagement. All dies wird dazu beitragen, den Wandel der terrestrischen Photovoltaikindustrie hin zu hoher Effizienz, Flexibilität und multifunktionaler Integration voranzutreiben. Dadurch wird der Marktanteil der Solarenergie in Bereichen wie Gebäudeintegration, Energieversorgung für den Verkehr und netzunabhängige Energiesysteme erweitert und Innovationen bei Anwendungsmodellen gefördert.

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie werden bei Solarmodulen voraussichtlich größere Durchbrüche bei der Leistungssteigerung von Raumfahrzeugen erzielt, beispielsweise eine höhere photoelektrische Umwandlungseffizienz, ein geringeres Gewicht und eine stärkere Strahlungsresistenz. Solarmodule werden die dynamische Entwicklung der chinesischen Raumfahrtindustrie weiterhin unterstützen und einen größeren Beitrag zur Erforschung des Universums durch die Menschheit leisten.

Einige Informationen stammen von: CNKI, Guangming.com usw.

(Wissenschaftlicher Gutachter: Liu Yong, Forscher am National Space Science Center der Chinesischen Akademie der Wissenschaften)