吸って、吸って、吸って…太陽の光を吸い込む？宇宙船の「エネルギーウイング」を公開

宇宙船の大きな「翼」にも興味がありますか?これらの「翼」は宇宙ステーションに電力とエネルギーを供給する主なものです。今日はこの「翼」の秘密を詳しく探ってみましょう！

宇宙船の動力翼：太陽電池アレイ

ウェンティアン実験モジュールのソーラーパネル

宇宙船の「翼」は、科学的には「ソーラーアレイ」と呼ばれる太陽電池で覆われています。ソーラーアレイは従来のソーラーコレクターと同様に機能し、太陽エネルギーを収集して電気に変換します。しかし、エネルギー変換だけでは、過酷な宇宙環境における宇宙船の安定した運用をサポートするには不十分です。鍵となるのは、いかに太陽エネルギーを効率的かつ継続的に得るかです。

宇宙船のソーラーパネルと通常のソーラーコレクターの最大の違いは、ひまわりのように常に太陽を向くことができることです。精密な太陽方向決定技術により、太陽電池アレイは角度をリアルタイムで調整して太陽光を最大限に浴びられるようにし、十分な太陽光を吸収して宇宙船に十分なエネルギーを供給します。この電気エネルギーは、宇宙船のリアルタイム操作に電力を供給するだけでなく、バ​​ッテリーの充電やエネルギーの蓄積にも役立ちます。宇宙船が太陽光が届かない軌道の影の領域に入ると、これまで静かに電力を蓄えていた燃料電池が引き継ぎ、宇宙船の運用に安定した信頼性の高い電力を供給し、あらゆる種類の機器や装置が秩序正しく動作することを保証します。太陽電池と燃料電池の協調的な協力により、宇宙環境における交互光によって引き起こされるエネルギー供給の問題が巧みに解決されます。

太陽電池アレイ開発の軌跡

では、なぜ宇宙船はミッションを実行するときにバッテリーを直接使用せず、代わりにソーラーパネル + バッテリー構成を使用するのでしょうか?これは、太陽エネルギーがバッテリーよりも継続的に電力を供給できるためです。したがって、宇宙ミッションを実行する場合、宇宙船は期間に応じて適切なエネルギー供給システムを選択します。長期ミッションにはソーラーパネルが適しており、短期ミッションにはバッテリー（燃料電池を含む）が適しています。したがって、宇宙ステーションなどのミッションが長い場合、太陽エネルギーは当然最良の選択です。しかし、アポロ宇宙船のようにミッションが短い場合は、太陽エネルギーを使用する必要はありません。

ソーラーパネルの折り畳みと展開機構

さらに、打ち上げ重量が制限されている状況では、高出力負荷の長期にわたる正常な動作を保証するために太陽電池が最も合理的な選択肢であることは容易にわかります。太陽電池パネルの状態は、宇宙船のさまざまな飛行段階で変化します。発射段階では、向かってくる空気の流れの影響を避けるために、帆は折り畳まれてフェアリング内に収納されます。軌道に入った後、それらは展開され、宇宙船に電力を供給します。

多くのエネルギー源の中でも、太陽エネルギーは比較的入手しやすく、持続可能なエネルギー源です。宇宙環境では、太陽エネルギーは無尽蔵です。ソーラーパネルが正常に機能する限り、太陽エネルギーを電気エネルギーに継続的に変換することができます。

また、航空宇宙システム全体を総合的に考慮すると、展開型太陽電池パネルの展開過程におけるリスクなどの問題があるものの、バックアップシステムの装備、爆発ボルトの多重保険や多重ヒューズの設定、信頼性の向上などによりリスクを軽減し、衛星などの宇宙機の安定的な運用に強力なエネルギー保証を提供することができます。

衛星は「スピン」安定化モードにある

現在、一部の宇宙船は表面に太陽電池パネルを取り付けた「スピン」安定モードになっています。太陽電池パネルの利用率は低く、最大出力も限られているものの、比較的シンプルで危険性もほとんどなく、小型衛星の電力需要を満たすことができる。

宇宙船の継続的な発展に伴い、電力消費量は増加し続けており、衛星の大量利用に対する要求も高まっています。さらに、宇宙探査ミッションがますます複雑かつ多様化するにつれて、宇宙船のエネルギー供給の安定性と信頼性に対する要件がさらに高まります。将来的には、宇宙船にさらに多くの電力を供給するために、太陽電池パネルの設計に新たな進歩があるかもしれません。たとえば、回転して自ら展開できる太陽電池パネルを設計し、平らな面に展開できるという特性を生かして、宇宙船が軌道に入った後により十分な電力を宇宙船に供給します。

航空宇宙技術と産業発展の二つの原動力

航空宇宙用ソーラーパネルの材料科学、光電変換メカニズム、システム統合の技術は、陸上の太陽光発電技術に国境を越えたインスピレーションを与えます。たとえば、新しい半導体材料の研究開発、多接合バッテリー構造の応用、スマートマイクログリッドやエネルギー貯蔵管理の経験などです。これらはすべて、地上太陽光発電産業の高効率、柔軟性、多機能統合に向けた変革を推進するのに役立ちます。これにより、建物統合、輸送エネルギー供給、オフグリッドエネルギーシステムなどの分野で太陽エネルギーの市場シェアが拡大し、アプリケーションモデルの革新が促進されます。

技術の継続的な進歩により、太陽電池パネルは、光電変換効率の向上、軽量化、耐放射線性の向上など、宇宙船の性能向上において大きな進歩を遂げると期待されています。太陽光パネルは今後も中国の宇宙産業の活発な発展を支え、人類の宇宙探査の旅にさらなる貢献を果たしていくだろう。

一部の情報は、CNKI、Guangming.com などから取得されています。

（科学評論家：中国科学院国家宇宙科学センター研究員 劉勇）