谁把斯特林热机带上了空间站？

时间：2023-06-05

　　原创长空牧星航空知识

　　滴上几滴花露水，点燃火焰，随着温度的升高，快速对飞轮进行手动“盘车”，活塞随即进入往复运动并开始加速，这就是典型的斯特林发动机模型。那么，关于斯特林发动机背后的故事和它与航天的联系，您是否了解呢?别急，下面小编将一一叙述。

　　说到斯特林发动机，就不能不提到英国工程师，热力学研究专家斯特林。斯特林对于热力学的发展有很大贡献。他的科学研究工作主要是热机的研制，作为19世纪物理学和机械学的重点课题，热机的研究备受研究者的关注，在此基础上，各种各样的热机涌现，彼此不断互相借鉴，取长补短，热机制造业兴旺起来，工业革命处于高潮时期。

　　随着热机发展，热力学理论研究提到了重要位置，不少科学家致力于热机理论的研究工作，斯特林便是其中代表。他所提出的斯特林循环，是重要的热机循环之一，亦称"斯特林热气机循环"。这种循环，是封闭式的，采用定容下吸热的气体循环方式。作为经典热机循环，斯特林循环的基本原理在国内高等院校《工程热力学》和《传热学》等课程多有涉及。

　　基于斯特林循环的"斯特林热机"，具有很多特点，如采用外燃，或外热源供热等。比如下图通过酒精灯加热产生热量带动活塞往复运动的斯特林发动机。斯特林发动机一般由热气缸、冷气缸组成，通过温差产生能源。由于斯特林循环属于封闭式循环，能够采用远远大于大气压力的高压气体工作，这样可以提高发动机的单位重量的功率，减小发动机的体积和重量。

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　　点击此处立即订阅斯特林热机在逆向运转时，可以作为制冷机或热泵机，这种设想在现代已进入了实用研究阶段。

　　斯特林发动机的实际热效率虽比不上理论效率突出。但作为一种外燃机，斯特林发动机不像内燃机对燃油有着特定要求，通过来自其他设备的温差也可提供相应的能源。这也为其在航天领域的运用奠定了基础，例如在航天电力系统层面的运用。在中国天宫空间站梦天实验舱，就携带了一台斯特林热电转换装置。

　　据相关资料，中国空间站、包括国际空间站上面的动力主要来自于太阳能电池，然而太阳能电池它有一个明显的缺陷，即功率密度比较低。中国空间站现在是完全体，总重大约九十吨左右，有8个大片和4个小片的太阳能电池，总功率在100千瓦左右。国际空间站的总吨位是400多吨，一共有16个大的太阳能电池组，面积比中国的太阳能电池组要大上30%，但是功率是相当的。由于太阳能帆板对太阳能进行转换后所产生的电能极为有限，为了满足更高的电力消耗，通过为航天器加装斯特林发动机，再配上小型发电机组合成一套动力达到兆瓦级的动力系统，则可以充分满足我国航天器以及空间站航天员的日常电能消耗。

　　作为一种低噪音、对燃料适应能力强的外燃机，斯特林发动机在航空航天中的作用将越来越受重视。随着相关技术的发展，以斯特林热机理论为基础的新型航天动力系统将融入到各型各类航天器中，助力航天动力技术发展。