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從太空技術中尋覓未來能源應用

日期:2012-8-29

使用傳統的印刷半導體技術,通過開創性的新方法創造出漂亮的彩色固態照明產品。

“好奇”號火星車已完成了第一次駕駛,并在火星表面留下了清晰可見的車胎痕跡。

大功率太陽能電力發動機是目前擴展人們太空活動的關鍵技術之一,這種技術能開發出更高級的太陽能電池陣列系統。
當人類第一次擁有離開地球探索太空的能力時,我們對于了解地球以外物體以及探索太空的渴求伴隨著科學技術的飛速發展而愈發的強烈起來。與此同時,當人類所發現的宇宙空間越來越大,我們渴望飛向更遠太空的夢想也隨之而來。
為了了解更多,也為了飛得更遠,科學家們所研究的新技術和產生的新思想大多數都會首先應用于太空計劃。這些技術創新往往都涉及最基本的能源問題,通過對這些太空技術進行分析,我們可從中尋覓未來世界的能源應用。
太空旅行用半導體墨水作光源
日前,位于美國亞利桑那州的N次方環球技術有限公司(NthDegree)與美國國家航空航天局(NASA)簽署了一項合約,將共同開發一種“輕質低耗”的光源。
NthDegree是一家針對照明、太陽能和能量存儲等應用領域從事無機印刷和柔性半導體開發的技術公司。該公司最新開發出一種名為Nth Light的半導體墨水,可作為創新性的光源。
目前,NASA正對該技術進行測試,評估其安全性,以判斷這種墨水是否有毒,是否可以滿足太空旅行的要求。
NthDegree公司網站透露,該公司還發明了一種可以將半導體墨水轉移到襯底上的新方法。據了解,這種墨水內含有使用傳統晶圓制成的二極管和晶體管以作為功能元件。使用標準高速印刷機便可以發揮出這種墨水的功能特性。
在2012年6月舉辦的信息顯示學會展覽會議上,就展示了使用該技術的固態照明裝置,該裝置在標準氮化銦鎵異質外延上,制成微型的發光二極管,并分散到半導體墨水黏合劑中。該方法還可以應用于未來的油墨開發,以及硅或III-V族化合物的半導體制造技術。
NthDegree公司表示,這種半導體墨水的應用技術可以形成規模經濟。據了解,以一臺60公分寬的柔性凸版印刷機為例,每分鐘可印刷出75公尺,以每年運作300天,每天工作20小時計算,大約可相當于2.5億顆A-19標準的LED燈泡。而技術成本僅類似于現有的節能燈泡。
藉由傳統印刷技術來制造出具備有功能性的電子裝置,可繞過元件封裝這個步驟,直接印刷到基板上的元件還能讓廠商設計出外形和功能更加多樣化的照明裝置。目前已經開發出的照明面板,尺寸為60公分×120公分,亮度達5000流明,并整合了100W的電源。該面板是為了取代現行的熒光燈照明而設計,可提供更廣泛的色溫,壽命長達5萬小時。此外,NthDegree公司開發了外形為硅球狀的薄膜太陽能裝置,并預計其效率將可與傳統太陽能電池面板媲美。
這項技術的應用或許會改變我們一貫的照明方式。
核動力驅動的“好奇”號
2011年11月26日23時2分,“好奇”號火星探測器發射成功,順利進入飛往火星的軌道。2012年8月6日,“好奇”號成功降落在火星表面,展開了為期兩年的火星探測任務。
8月22日,美國宇航局科學家表示,重達900公斤的“好奇”號火星車已完成了第一次駕駛,并在火星表面留下了清晰可見的車胎痕跡。此次行走中,“好奇”號開動它的6個車輪,先向前行駛4.5米,之后順時針轉彎120度,又后退行駛2.5米,前后共用時5分鐘。
從降落那一刻起,全副武裝的“好奇”號就開始展示自己的高科技含量。作為美國第四個火星探測器,也是第一輛采用核動力驅動的火星車,其使命是探尋火星上的生命元素。
相比之前的“勇氣”號、“機遇”號等使用太陽能電池板的火星車受制于火星季節變化,電池板提供的能量也有限,“好奇”號的動力由一臺多任務放射性同位素熱電發生器提供,實際就是一塊核電池。
因為使用了核動力,“好奇”號還曾經引發了環保組織的抗議,它也因此推遲了發射時間。該系統由兩部分組成:一個裝填钚-238二氧化物的熱源和一組固體熱電偶,可以將钚-238產生的熱能轉化為電力。這一系統使用壽命為14年,遠高于太陽能電池板。該系統足以為“好奇”號同時運轉的諸多儀器提供充足能量。
“好奇”號的設計行程超過19公里,并將在火星表面攀登高山。與前輩們相比,“好奇”號火星車的質量是它們的3倍,體積超過兩倍。“好奇”號攜帶10臺設備,是“機遇”號和“勇氣”號所攜設備數量的兩倍,質量的10余倍。
不難想象,也許在未來我們的交通工具也將使用安全的核動力。
新太陽能電池助力發展高級航天器
許許多多圍繞著地球運轉的人造衛星,都需要依賴太陽能作為能源。這些人造衛星通過在太空中展開太陽能光板來吸收太陽光。利用太陽能電池在太空中充電,這是太空飛行最重要的能源組成部分。
近日,NASA宣布,其與可擴展空間系統和ATK空間系統兩家公司簽約,在太空技術項目上共同發展高級航天器的太陽能電池系統。
據了解,大功率的太陽能電力發動機是目前擴展人們太空活動的關鍵技術之一,這種技術能開發出更高級的太陽能電池陣列系統。
目前,可擴展空間系統和ATK空間系統兩家公司都在計劃推出更為先進的方法為下一代大規模太陽能電池技術和新的電池結構服務。
NASA表示,相對于現在的電池技術,新技術會極大減少電池的重量和體積,并預期大幅增強其性能,新的系統足以產生更為強勁的能源動力。
NASA在此期間還舉辦了一個競賽,規定兩家公司都要在未來18個月內完成開發太陽能電池技術的項目。第一階段兩家公司都能達到相應指標后,項目的第二階段將通過太空中模塊化可擴展的太陽能電池系統完成太空飛行的準備工作。競賽獎金高達700萬美元。
未來,太陽能這種清潔能源的利用,勢必會得到更廣闊的發展。(來源:人民網)
 
 

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