由於空間站遨遊在幾百千米的軌道上,會出現空氣稀薄、太陽無漫射、空間背景黑暗、對比度比地麵大得多的現象,因此勢必會造成宇航員視力下降,看不清儀表讀數。
其次,飛船處在黑暗中時,艙內需用高效白熾燈或其他措施來保證亮度。為了錄下宇航員的工作、生活情況及艙內景物,艙內還必須安置攝影燈。無論是日光還是燈光,艙內都要采取有效措施,使光線柔和、照度明亮。此外,除了照明外,飛船內許多設備和儀器都是需要電來啟動並保持運轉的。因此電源是飛船的心髒。那麼,太空的電源是如何而來的呢?事實上,電源主要靠以下幾種辦法來解決:
(1)太陽能電池。這是一種可以把光能直接轉換成電能的半導體器件,壽命長,可連續工作。隻要向著太陽,太陽能電池就能工作,從而向儀器設備提供電能,同時給蓄電池充電。而當背著太陽時,蓄電池就接替太陽能電池供電。展開式的太陽能電池方陣目前太陽能電池方陣有兩類:①立體裝式,即太陽能電池直接安裝在飛船的殼體上;②展開式,將方陣獨立於殼體之外,形成單獨部件。發射時以一定方式將太陽能電池方陣固定在衛星本體上,並收藏在罩內,進入軌道後才完全展開。
太陽能電池有矽太陽能電池、砷化镓太陽能電池、硫化鎘太陽能電池。它們都是按一定要求串聯和並聯而成的。美國在“發現”號航天飛機上曾試驗了一種柔性太陽能電池,它在天上展開的麵積為31米×4米,有10層樓高。這種電池采用印刷電路的方法在卡普隆薄膜上製成,可像手風琴一樣展開和收縮,折疊時可收放在一個18厘米的小匣子裏。它能產生125千瓦以上的電能,比普通太陽能電池在性能、壽命、用途上都略高一籌。
(2)燃料電池。它是一種將燃料的化學能轉變為電能的電化裝置,工作原理與一般蓄電池相似,也是由一種電解液隔開的兩個電極所組成,既能產生電又能產生水。其種類有離子交換膜氫氧型、改進的培根型、石棉膜型。而額定功率則分別為200瓦、2000瓦、5000瓦。據數據資料顯示,航天飛機在7天的飛行任務中,一共需耗電1627千瓦時,而電源則主要靠三個燃料電池供給,每個電池最小功率24瓦,平均功率7千瓦,最大功率12千瓦;整個燃料電池最大功率24千瓦,平均功率14千瓦。在一般情況下,隻使用兩個燃料電池。根據設計要求,燃料電池的壽命是5000小時,工作壽命為2000小時,每組燃料電池可以完成29次7天的飛行任務。
(3)核電池。該電池具有功率大、壽命長的特點。核電池大致分為兩大類:放射性同位素電源和核反應堆電源,功率約為2~5千瓦。
據資料顯示,前蘇聯已在發射的33顆海洋監視偵察衛星上安裝了核電源。核電源能給衛星和飛船帶來穩定的電源,亦給人類帶來了憂慮。幾十年來,前蘇聯已有多顆衛星發生故障,其核動力裝置給地球上的人們帶來難以排解的心理壓力,使人時常擔心核禍從天而降。目前美國正在研製20千瓦的空間核電源,工作壽命為3~5年,以接替壽命短的電池。
不論哪種電池,其電流均要通過功率分配和控製係統分配到飛船各處需要電源的部位去,通過計劃分配來滿足飛船及其乘員對電力的需求,保證宇航員正常的工作和生活。
目前,空間站的核發電技術正處在研究階段。美國宇航局、能源部和國防部的戰略防禦創新辦公室製定了一個“自供電100號計劃”,預計發展中的空間站耗電量將超過300千瓦。這樣大的電力供應量,隻有依靠核發電來解決。
其核發電裝置有三種構想:①把反應器牢固地安裝在空間站上,星上係統需要有385~495噸的保護層來防止核輻射的破壞,這意味著要增加空間站的起飛重量。②用一根很長的軟鏈把核電站吊在空間站上,這樣雖可減少防護層的重量,但30千米長的吊鏈係統會使空間站加速並影響有關科學實驗的失重環境。③安裝在200千米高的自由飛行平台,其弊端是這種平台需要姿態控製、能源和通信係統,且難以修理。哪種方法可行,現在未成定論。如果空間核電成功的話,將標誌著空間站上了一個新的台階。知識點“進步”號貨運飛船“進步”號係列貨運飛船執行向空間站定期補給食品、貨物、燃料和儀器設備等任務。到1993年底,已發展兩代,共發射“進步”號42艘,“進步M”號20艘。它與空間站對接完成裝卸任務後即自行進入大氣層燒毀。這種飛船由儀器艙、燃料艙和貨艙組成,貨艙容積66立方米,可運送13噸貨物,燃料艙帶1噸燃料。它可自行飛行4天,與空間站對接飛行可達兩個月。