【原】美國負(fù)責(zé)想，中國負(fù)責(zé)造，“夢天”實(shí)驗(yàn)艙搭載斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)有何深意？

老陳聊科學(xué) 2022-11-08 發(fā)布于安徽

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很多年前，美國登上了月球，留下過腳印，飆過車，帶回來過600多公斤月壤，但是現(xiàn)在看到中國探月取得一系列成果，急了，但是準(zhǔn)備好的大火箭沒能發(fā)射出去，很多網(wǎng)友都在質(zhì)疑美國當(dāng)年有沒有真的登陸月球。

至于真實(shí)與否，科學(xué)家自有答案，我們不用再去懷疑。但是最近，我們的夢天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射成功，其中攜帶的一樣?xùn)|西十分特別：斯特林熱電轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)裝置。

它既簡單，也很特別。

因?yàn)槠湓硎怯茖W(xué)家羅巴特·斯特林在1816年發(fā)明的，整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)可以不用燃料，只要通過加熱就能循環(huán)運(yùn)動(dòng)。

現(xiàn)在即便是在網(wǎng)上，還是幾十塊錢就能輕松入手一臺(tái)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，哪怕你用一杯熱水也能讓其運(yùn)行。

相比內(nèi)燃機(jī)，它的效率并不高。但是其優(yōu)點(diǎn)是不需要燃油或者其他消耗品，也不怕燃料發(fā)泄爆炸，整個(gè)設(shè)備造好了基本就不用動(dòng)了，有溫差就夠了。

所以，美國在開始太空計(jì)劃之時(shí)，就將斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)作為星際航行的備選方案之一，在地面進(jìn)行過很多試驗(yàn)。

最終選擇了太陽能板作為發(fā)電裝置，但是“光電轉(zhuǎn)化”的劣勢也十分明顯，一旦沒有太陽，就不能發(fā)電。

美國又重新將斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)想撿了回來，他們設(shè)想通過“熱電轉(zhuǎn)化”來實(shí)現(xiàn)發(fā)電，這套系統(tǒng)簡單，也就意味著維護(hù)少，安全可靠。

試想，無論是在空間站，還是在月球或是其他星球上，不但可以使用太陽能板發(fā)電，還可以通過太陽能的熱量發(fā)電是多么愜意的事情。

即便是到了夜間，沒有光照和熱量，使用核能直接給斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)加熱，不需要空氣，不需要水，雖然簡單，但很實(shí)用！

科學(xué)家們也提出月球版本的斯特林發(fā)電機(jī)，上圖白色的是散熱板，主體埋在月壤里以便于躲避輻射。按照設(shè)想這種發(fā)電機(jī)可以提供40千萬時(shí)的發(fā)電能力，連續(xù)工作15年。

美國雖然設(shè)想比較早，但是還是遇到了“地獄shi級(jí)”的難題：

首先是氣密性的問題。斯特林是一個(gè)靠密閉氣體膨脹和收縮產(chǎn)生動(dòng)力，一旦內(nèi)部腔體“漏氣”，就失效了。但是如果密閉性太好，內(nèi)部部件又如何做到潤滑呢》？尤其是太空真空環(huán)境下的密閉本身就很難做。還有就是功率和可靠性等等一系列難題。

盡管美國研究了幾十年，但是還是在2013年放棄，直到現(xiàn)在美國美也沒能在太空進(jìn)行過相關(guān)試驗(yàn)或者測試。

只是使用了“核電池”，其實(shí)就是靜態(tài)同位素溫差轉(zhuǎn)換電池，與太陽能板原理也類似，發(fā)電功率很低。

而我們也注意到斯特林發(fā)動(dòng)原理的優(yōu)秀之處，尤其是為了滿足空間站以及以后登月計(jì)劃的需要，也早開始了相關(guān)研究。

試想：在月球基地，我們除了有太陽能光伏板發(fā)電，再安排一些不用“燒開水”、不用消耗空氣，就能發(fā)電的發(fā)電機(jī)，是不是又多了一份保障？

那么“核能+斯特林”就能滿足這一設(shè)想，中國的科學(xué)家想到了，并且也做到了。

就在前不久發(fā)射的夢天實(shí)驗(yàn)艙上，一臺(tái)全新研制的太空版特林熱電轉(zhuǎn)換裝置成功飛天，這是美國NASA夢寐以求的實(shí)驗(yàn)，但是他們負(fù)責(zé)想，我們負(fù)責(zé)造，終究是造出了全球獨(dú)一份！

作為我國未來空間任務(wù)的高效能源供給系統(tǒng)，負(fù)責(zé)研制的510所，創(chuàng)新使用了模塊化設(shè)計(jì)，確保高溫高頻工況下雙自由活塞的精確控制，從而將熱能高效轉(zhuǎn)換為電能。

1年時(shí)間，打破國外壟斷，先后搞定活塞高溫高頻運(yùn)動(dòng)間隙密封、雙機(jī)對置與控制、多目標(biāo)參數(shù)耦合及保持等8項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

地面測試時(shí)，得到了熱電轉(zhuǎn)化效率為24.4%，遙遙領(lǐng)先國際水平。雖然距離中國空間站柔性太陽能板轉(zhuǎn)化效率30%一小截，但是如果以后能在無光條件下實(shí)現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)化，可以說我們?yōu)樵谠虑蚪⒒兀~出了堅(jiān)實(shí)的一步！