“夢天”測試太空發動機：雖是美提出的設想，但我國先造出來了

宇宙，是人類永恆的嚮往之地，而太空探索的推動力正是那無窮無盡的能源。在這無垠星空的背景下，中國的“夢天”實驗艙創造了一段新的傳奇，首次成功進行了太空發動機的在軌試驗。

這一壯舉不僅突顯了中國在太空科技領域的雄心壯志，更是把老美琢磨了多年的東西趕在他們之前給造好了！

在太空中，我們需要一種特殊的發動機來爲航天器提供可靠的能源，以支持它們在深空中進行探測和長時間飛行。太空發動機的種類繁多，而目前比較熱門的方向就是斯特林熱電轉換裝置。

在1816年，英國物理學家羅伯特·斯特林創造了一項革命性的發明，他設計了一種叫做斯特林發動機的裝置，最初的目的是爲了替代當時效率低下且容易爆炸的蒸汽機。這個發動機利用空氣或其他氣體在兩個不同溫度的氣缸內循環運動，從而產生動力。

到了1840年，羅伯特·斯特林的弟弟詹姆斯·斯特林對這一技術進行了改進，增加了回熱器，可以捕獲和利用氣體在兩個氣缸間流動時的熱量，提高了效率和功率。

然而，隨着內燃機的發展，斯特林發動機在19世紀末至20世紀初逐漸失去市場，只在一些特殊領域如潛艇和冷凍機中得到應用。

到了20世紀中期，由於能源危機和環境問題的影響，人們重新關注起斯特林發動機的優勢，特別是在太空中的應用。

在1970年，美國Sunpower公司創始人比爾·貝爾提出了自由活塞斯特林發動機的概念，這種發動機通過氣體的壓力差和電磁力來驅動，摒棄了傳統機械連接的活塞，從而減少了摩擦和噪音，提高了可靠性和效率。

在1980年代至1990年代，美國Sunpower公司與美國宇航局（NASA）合作，共同研發了多種自由活塞斯特林發動機和製冷機，應用於太空核電源、無人值守基站電源、單兵發電機等領域。

其中，一款名爲M77的斯特林製冷機被用於2002年發射的RHESSI號繞地衛星上，至今仍在穩定運行。

隨着21世紀初航天技術的飛速發展，斯特林熱電轉換裝置引起了更多國家的關注。歐洲、日本、俄羅斯等國紛紛投入研究和開發，探索這項技術在太陽能光熱發電、深空探測等領域的廣泛應用。這標誌着斯特林發動機在未來的太空探索中將扮演着重要的角色。

斯特林熱電轉換裝置是一種在太空中非常先進和高效的發動機，具有以下獨特特點：

燃料靈活性：這項技術能夠靈活利用任何形式的熱源，包括太陽能、核能等。只要提供足夠的溫差，就能產生電力。這使得它適應不同的太空環境和任務需求，無受太陽光限制，也避免了核廢料等污染物的產生。

高效能：相比其他太空發動機，斯特林熱電轉換裝置的效率接近卡諾循環的理論極限，可達到20%~40%的高效率。這遠超過了熱電偶、熱發射體等發動機類型，它們的效率通常在5%~15%之間。

結構簡單：斯特林熱電轉換裝置的結構相對簡單，主要由活塞、氣缸、回熱器、加熱器、冷卻器和發電機等組成。它摒棄了複雜的閥門、噴嘴、渦輪等機械部件，也不涉及化學反應、電化學反應等過程，因此製造和維護成本較低，可靠性較高。

輕量化：這種發動機的質量與輸出功率成正比，輸出功率越大，質量越重，反之亦然。根據不同設計參數，斯特林熱電轉換裝置的比功率可達到10~30 W/kg，而其他太空發動機的比功率一般在1~10 W/kg之間。

快速啓動：斯特林熱電轉換裝置的啓動時間與熱慣性成正比，熱慣性越小，啓動時間越短。根據不同的設計參數，啓動時間可在幾分鐘到幾小時之間，明顯快於其他太空發動機，它們的啓動時間一般在幾小時到幾天之間。

低振動：通過採用雙機對置、四機對稱等方式，可以減小活塞的質量和運動引起的振動。根據不同設計參數，斯特林熱電轉換裝置的振動在0.01~0.1 g之間，較其他太空發動機的振動水平更低。

低噪聲：採用氦氣等低分子量的工質，以及優化活塞的運動曲線，有助於減小壓力波動，降低噪聲水平。根據不同設計參數，斯特林熱電轉換裝置的噪聲在30~60 dB之間，相比其他太空發動機的60~90 dB的噪聲水平更低。

中國在空間新能源領域取得了引人注目的進展，成功在空間站夢天實驗艙上進行了斯特林熱電轉換裝置的在軌試驗，其熱電轉換效率等多項技術指標達到了國際先進水平，展現了國家在自主創新和科技進步方面的卓越能力。

這次試驗不僅是我國首次在軌驗證了這一技術，也是全球首次在空間站上應用斯特林熱電轉換裝置的實證。這項成功驗證的技術爲我國未來深空探測、載人月球等空間任務提供了全新的能源選擇，同時在國際上樹立了重要的影響力，凸顯了中國在空間新能源領域的領先地位。

根據在軌試驗結果，斯特林熱電轉換裝置的熱電轉換效率達到了25.6%，超過了地面測試的24.4%，也超過了預期的驗證目標，達到了國際先進水平。

這一結果表明，在空間環境下，斯特林熱電轉換裝置的性能表現比在地面環境下更爲出色。這是因爲空間環境的溫差更大，冷源的散熱更爲高效，工質的流動更加順暢等多方面原因共同作用的結果。

此外，這也凸顯了斯特林熱電轉換裝置在太空發動機中具有卓越的熱電轉換效率，遠高於其他類型的發動機，如熱電偶、熱發射體等。

這一優越性源於斯特林熱電轉換裝置的獨特工作原理和結構優勢。這次成功的在軌試驗爲未來太空任務提供了可靠的能源保障，推動了我國在太空新能源領域的發展。

中國率先將美國提出的設想變爲現實，不僅在技術創新上取得了顯著突破，還在國際舞臺上樹立了強大的影響力。

這次成功的在軌試驗爲我國在空間新能源領域的持續發展奠定了堅實的基礎，同時也爲全球太空科技合作和探索開闢了新的前景。

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