目前，中國空間站已全面建成，工程轉(zhuǎn)入應(yīng)用與發(fā)展階段。作為中國航天史上規(guī)模最大、長期有人照料的空間實驗平臺，建成后的中國空間站成為國家太空實驗室，三艙部署的多個實驗柜可開展上千項科學(xué)實驗，惠及地球上普通人的生活。

(資料圖)

中國載人航天官方平臺開設(shè)“今日太空實驗室”科普專欄，為你生動介紹國家太空實驗室中的各個實驗柜，滿足你對太空中開展的各項科學(xué)實驗和技術(shù)試驗的好奇心。

01 航天基礎(chǔ)試驗機柜

今天，我們一起聊聊航天基礎(chǔ)試驗機柜。

空間站各艙段內(nèi)的四面都裝有實驗柜，它位于夢天實驗艙靠近節(jié)點艙的一端，航天員的“腳下”。

▲航天基礎(chǔ)試驗機柜在中國空間站的大致位置

從外形來看，航天基礎(chǔ)試驗機柜由多個大小不一的“太空抽屜”（載荷單元）組成，每個抽屜還配有把手，整體仿佛是一個多功能收納柜，很有辨識度。

▲航天基礎(chǔ)試驗機柜（左） 普通收納柜（右）

航天基礎(chǔ)試驗機柜身處微重力等特殊研究環(huán)境中，能夠用于支持開展艙內(nèi)的各項技術(shù)試驗，針對制約我國航天長遠(yuǎn)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)開展一系列研究，為未來我國航天技術(shù)發(fā)展和空間應(yīng)用提供有力的技術(shù)支撐。

可以說，航天基礎(chǔ)試驗機柜就像是哆啦A夢的口袋，每個“太空抽屜”里的試驗項目都各不相同。

近日，其中一個“太空抽屜”里完成了一件大事，斯特林熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)完成在軌驗證，再次解鎖一項“我國首次”。

▲斯特林熱電轉(zhuǎn)換試驗裝置

02 斯特林熱電轉(zhuǎn)換試驗裝置

是啥？什么原理？

斯特林熱電轉(zhuǎn)換試驗裝置位于機柜的左下角，它是一種外燃式發(fā)電機，能將熱能轉(zhuǎn)化為電能，有合適的溫差就能工作。200多年前，由英國科學(xué)家羅巴特·斯特林發(fā)明了斯特林發(fā)電機。工作原理既古老又簡單，可以從“熱脹冷縮”這個詞中理解。

▲斯特林熱電轉(zhuǎn)換試驗裝置位置

通過外部加熱，機器內(nèi)部的氦氣便會吸熱膨脹，并在冷端收縮，將溫差變成自己動力的源泉。

▲斯特林熱電轉(zhuǎn)換試驗裝置示意圖

同時，它也不挑燃料。只要能發(fā)熱，無論是太陽能、燃油、煤炭、木柴，還是核燃料棒，只要有合適的溫差就可以工作，非常讓人省心且具有明顯的優(yōu)勢。

效率有多高？

斯特林熱電轉(zhuǎn)換裝置的溫度比（熱端溫度與冷端溫度之比）越高，熱電轉(zhuǎn)換效率就越高。

目前，在溫度比接近3的情況下，國內(nèi)外實現(xiàn)的轉(zhuǎn)換效率能夠達(dá)到28%以上。

▲斯特林熱電轉(zhuǎn)換試驗裝置內(nèi)部

本次空間站在軌試驗裝置溫度比為2.2，實現(xiàn)在軌熱電轉(zhuǎn)換效率24.7%，若溫度比達(dá)到3的情況下，也可實現(xiàn)近28%的轉(zhuǎn)換效率。

因此，從這個角度可以理解為轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了國際上的中上水平。

03 未來或成為人類探測深空一項必不可少的技術(shù)

為什么開展這項試驗？

現(xiàn)階段，中國空間站運行在距離地面約400公里的軌道上，空間站主要使用太陽能電池，利用光電效應(yīng)發(fā)電。但是隨著航天器到太陽的距離越來越遠(yuǎn)，太陽能電池組的效率明顯下降，甚至都不起作用。

▲中國空間站艙外全景相機拍攝畫面

未來，如果人類的腳步踏入月球背面、木星，甚至從行星到行星，太陽的光照微乎其微，太陽能發(fā)電就指望不上。該如何保證航天器電力需求？

此時，斯特林發(fā)電機就體現(xiàn)出自己的價值，只要給個合適熱源和溫差就可以發(fā)電。

熱源使用成熟的核燃料技術(shù)，壽命長、發(fā)熱穩(wěn)定，兩者結(jié)合就是完美的電力系統(tǒng)，解決空間電源使用需求。同時，斯特林電源系統(tǒng)作為一種高效能源技術(shù)，具有高效率、結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、啟動快和振動小、噪聲低等優(yōu)點。

因此，斯特林熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)在這些領(lǐng)域具有不可替代性。

對未來的展望

斯特林熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)作為一種高效能源技術(shù)，在空間有著廣泛的應(yīng)用需求，可用于深空探測、火星探測和更遠(yuǎn)的木星探測等任務(wù)，特別是不依賴太陽能的任務(wù)。

▲月面著陸器與新一代載人飛船模型

想不到，一枚小小的“太空抽屜”，在方寸之間，裝進(jìn)了我們對大千世界的探索和追問，對浩瀚宇宙的敬畏和思考。宇宙那么大，人類應(yīng)該去看看，中國人更應(yīng)該去看看。在不遠(yuǎn)的將來，中國人的腳步一定能邁向更遠(yuǎn)的深空！

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