钙钛矿-CIGS叠层太阳能电池为卫星中使用的电动系统供电

文摘   2025-01-20 11:30   陕西  

目前,欧洲的科研团队正聚焦于小型化太空推进技术的前沿研究,全力开展相关开发工作。这项创新技术彻底革新了传统的推进模式,不再依赖传统推进剂,而是巧妙地运用集成钙钛矿 - 铜铟镓二硒化物(CIGS)叠层太阳能电池的电动系线技术来实现太空推进。

这项技术的研发有着十分明确的目标,旨在大幅提升太空中卫星的操控灵活性。无论是对卫星的运行姿态进行精细调整,还是助力卫星安全脱离既定轨道,该技术都能发挥关键作用。值得重点关注的是,在整个运作过程中,它无需借助卫星上搭载的重型推进装置,这一特性极大地减轻了卫星的负载,为太空探索任务提供了更多的便利与可能。

当下,一个欧洲财团正在紧锣密鼓地开发小型化的太空推进装置,这一装置最大的亮点就是无需推进剂即可运行,其运行原理基于集成钙钛矿 - CIGS 叠层太阳能电池的电动技术。

最近,一个名为 E.T.COMPACT 的项目正式启动,它是 “Compact and Propellant - less Electrodynamic Tether” 的缩写,意为紧凑型无推进剂电动系绳。该项目的核心目标是开发一种可用于卫星离轨或机动的 “绿色” 推进系统,让航天器摆脱对船上重型推进剂的依赖。

马德里卡洛斯三世大学(UC3M)的项目协调员贡萨洛・桑切斯 - 阿里亚加(Gonzalo Sánchez - Arriaga)向《光伏杂志》透露:“该项目的主要挑战是使使用太阳能和基于电动技术的超紧凑型无推进剂太空绿色推进移动模块(GMM)达到技术成熟度四级(TRL 4)。”

德累斯顿工业大学空间系统系主任马丁・塔伊马尔(Martin Tajmar)表示,这种类型的推进技术极有可能 “大幅降低” 卫星成本,同时显著提高可用卫星质量的比例,为科学实验、天线或相机等设备腾出更多空间。

该项目的研究内容包括开发裸光伏系绳(Bare - Photovoltaic Tethers,BPT),即把钙钛矿 - CIGS 叠层电池与长导电系绳条一侧的两端子器件进行集成。

桑切斯 - 阿里亚加指出:“BPT 需要满足一系列极具挑战性的要求,比如能够收纳在小半径的卷轴中,与太空环境兼容,并且功率转换效率要大于 12%。” 他还提到,团队目前正在进行权衡分析,以确定太阳能电池尺寸和衬底等关键内容。

在谈及该项目的 BPT 和电动系绳技术时,桑切斯 - 阿里亚加表示:“对于 E.T.COMPACT 的 GMM,我们目标是实现几百米的系绳长度。系绳的一个突出优势是可扩展性,其长度和宽度能够根据卫星的质量、轨道和推进需求进行定制化设计。例如,一条一公里长、宽 2.5 厘米且一侧印有光伏电池的胶带,可提供 25 平方米的面积。”

他还表示,考虑到太阳常数约为 1.3kW / 平方米,将裸线和光伏技术集成在单个设备中的 BPT 概念具有 “极高的潜力”。

电动系绳是一种可连接到卫星上的长导电条。研究人员解释说:“当穿过地球磁场时,这些系绳会产生电压,进而在系绳和周围的等离子体大气或电离层之间形成一个闭合回路。作用在导电条上的力被称为洛伦兹力,这一原理同样应用于经典的电动机。”

不过,这种力并不能被定义为电力推进。桑切斯 - 阿里亚加解释道:“在太空领域,人们通常认为电力推进指的是等离子体推进器,而这需要推进剂。” 他还指出,化学推进和电力推进分别使用肼以及氙或氪作为推进剂。

这个为期三年的项目总投资达 400 万欧元(约 410 万美元),由欧洲创新委员会探路者计划资助。参与该项目的联盟成员包括来自意大利的钙钛矿专家 Halocell Europe、奥地利的 CIGS 组件制造商 Sunplugged、UC3M 的西班牙衍生公司 Persei Space、航空航天技术公司马德里 Deimos Space 的子公司 Deimos Engineering and Systems 的研究人员,以及帕多瓦大学、德累斯顿工业大学和 UC3M。


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