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从太空技术中寻觅未来能源应用

日期:2012-8-29

使用传统的印刷半导体技术,通过开创性的新方法创造出漂亮的彩色固态照明产品。

“好奇”号火星车已完成了第一次驾驶,并在火星表面留下了清晰可见的车胎痕迹。

大功率太阳能电力发动机是目前扩展人们太空活动的关键技术之一,这种技术能开发出更高级的太阳能电池阵列系统。
当人类第一次拥有离开地球探索太空的能力时,我们对于了解地球以外物体以及探索太空的渴求伴随着科学技术的飞速发展而愈发的强烈起来。与此同时,当人类所发现的宇宙空间越来越大,我们渴望飞向更远太空的梦想也随之而来。
为了了解更多,也为了飞得更远,科学家们所研究的新技术和产生的新思想大多数都会首先应用于太空计划。这些技术创新往往都涉及最基本的能源问题,通过对这些太空技术进行分析,我们可从中寻觅未来世界的能源应用。
太空旅行用半导体墨水作光源
日前,位于美国亚利桑那州的N次方环球技术有限公司(NthDegree)与美国国家航空航天局(NASA)签署了一项合约,将共同开发一种“轻质低耗”的光源。
NthDegree是一家针对照明、太阳能和能量存储等应用领域从事无机印刷和柔性半导体开发的技术公司。该公司最新开发出一种名为Nth Light的半导体墨水,可作为创新性的光源。
目前,NASA正对该技术进行测试,评估其安全性,以判断这种墨水是否有毒,是否可以满足太空旅行的要求。
NthDegree公司网站透露,该公司还发明了一种可以将半导体墨水转移到衬底上的新方法。据了解,这种墨水内含有使用传统晶圆制成的二极管和晶体管以作为功能元件。使用标准高速印刷机便可以发挥出这种墨水的功能特性。
在2012年6月举办的信息显示学会展览会议上,就展示了使用该技术的固态照明装置,该装置在标准氮化铟镓异质外延上,制成微型的发光二极管,并分散到半导体墨水黏合剂中。该方法还可以应用于未来的油墨开发,以及硅或III-V族化合物的半导体制造技术。
NthDegree公司表示,这种半导体墨水的应用技术可以形成规模经济。据了解,以一台60公分宽的柔性凸版印刷机为例,每分钟可印刷出75公尺,以每年运作300天,每天工作20小时计算,大约可相当于2.5亿颗A-19标准的LED灯泡。而技术成本仅类似于现有的节能灯泡。
藉由传统印刷技术来制造出具备有功能性的电子装置,可绕过元件封装这个步骤,直接印刷到基板上的元件还能让厂商设计出外形和功能更加多样化的照明装置。目前已经开发出的照明面板,尺寸为60公分×120公分,亮度达5000流明,并整合了100W的电源。该面板是为了取代现行的荧光灯照明而设计,可提供更广泛的色温,寿命长达5万小时。此外,NthDegree公司开发了外形为硅球状的薄膜太阳能装置,并预计其效率将可与传统太阳能电池面板媲美。
这项技术的应用或许会改变我们一贯的照明方式。
核动力驱动的“好奇”号
2011年11月26日23时2分,“好奇”号火星探测器发射成功,顺利进入飞往火星的轨道。2012年8月6日,“好奇”号成功降落在火星表面,展开了为期两年的火星探测任务。
8月22日,美国宇航局科学家表示,重达900公斤的“好奇”号火星车已完成了第一次驾驶,并在火星表面留下了清晰可见的车胎痕迹。此次行走中,“好奇”号开动它的6个车轮,先向前行驶4.5米,之后顺时针转弯120度,又后退行驶2.5米,前后共用时5分钟。
从降落那一刻起,全副武装的“好奇”号就开始展示自己的高科技含量。作为美国第四个火星探测器,也是第一辆采用核动力驱动的火星车,其使命是探寻火星上的生命元素。
相比之前的“勇气”号、“机遇”号等使用太阳能电池板的火星车受制于火星季节变化,电池板提供的能量也有限,“好奇”号的动力由一台多任务放射性同位素热电发生器提供,实际就是一块核电池。
因为使用了核动力,“好奇”号还曾经引发了环保组织的抗议,它也因此推迟了发射时间。该系统由两部分组成:一个装填钚-238二氧化物的热源和一组固体热电偶,可以将钚-238产生的热能转化为电力。这一系统使用寿命为14年,远高于太阳能电池板。该系统足以为“好奇”号同时运转的诸多仪器提供充足能量。
“好奇”号的设计行程超过19公里,并将在火星表面攀登高山。与前辈们相比,“好奇”号火星车的质量是它们的3倍,体积超过两倍。“好奇”号携带10台设备,是“机遇”号和“勇气”号所携设备数量的两倍,质量的10余倍。
不难想象,也许在未来我们的交通工具也将使用安全的核动力。
新太阳能电池助力发展高级航天器
许许多多围绕着地球运转的人造卫星,都需要依赖太阳能作为能源。这些人造卫星通过在太空中展开太阳能光板来吸收太阳光。利用太阳能电池在太空中充电,这是太空飞行最重要的能源组成部分。
近日,NASA宣布,其与可扩展空间系统和ATK空间系统两家公司签约,在太空技术项目上共同发展高级航天器的太阳能电池系统。
据了解,大功率的太阳能电力发动机是目前扩展人们太空活动的关键技术之一,这种技术能开发出更高级的太阳能电池阵列系统。
目前,可扩展空间系统和ATK空间系统两家公司都在计划推出更为先进的方法为下一代大规模太阳能电池技术和新的电池结构服务。
NASA表示,相对于现在的电池技术,新技术会极大减少电池的重量和体积,并预期大幅增强其性能,新的系统足以产生更为强劲的能源动力。
NASA在此期间还举办了一个竞赛,规定两家公司都要在未来18个月内完成开发太阳能电池技术的项目。第一阶段两家公司都能达到相应指标后,项目的第二阶段将通过太空中模块化可扩展的太阳能电池系统完成太空飞行的准备工作。竞赛奖金高达700万美元。
未来,太阳能这种清洁能源的利用,势必会得到更广阔的发展。(来源:人民网)
 
 

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