“梦天”测试太空发动机：美国提出的设想，中国率先造出来了

梦天实验舱测试斯特林热电转换装置，这种发电设备其实热效率并不高。既然已经有了成熟的太阳能发电技术，那为什么还要研究这种低效率的装置？

【梦天携带的斯特林热电转换实验装置，是世界首次在太空测试的相关设备】

梦天实验舱这次带了一个非常简单，同时又非常高级的东西，那就是斯特林热电转换装置，是国际上首次实现斯特林热电转换装置的空间应用，全球独一份。

斯特林发动机，简单古老的动力系统

这类发动机是1816年英国科学家罗巴特·斯特林发明的，与我们常见的汽油柴油或者涡喷涡扇发动机不同，它是一种闭式外燃机。整个发动机最巧妙的地方，就在不需要从外界补充燃油或者其他任何介质，是个完全封闭的系统。只需要通过加热，利用内部介质的热胀冷缩，就能循环运动。

简单到什么程度呢？有些商家甚至制作出简单的杯盖斯特林，用茶水热气就能驱动它运动，所以说他很古老简陋。

【斯特林说原理的话其实很简单，气体吸热膨胀，遇冷收缩，在飞轮的帮助下完成循环往复】

这个系统，通过空气吸热膨胀，然后再遇冷收缩的特性，将温差变成自己动力的源泉。只要有合适的温差就能工作，因此不挑燃料，只要能发热就成，无所谓是聚焦的太阳能、燃烧的垃圾、煤炭、木柴、燃油还是炽热的核燃料棒。

但他有个缺点，就是热效率不高。相比内燃机直接燃烧，液体变气体驱动的强劲功率，受制于温差所限的斯特林就差很远，所以虽然发明200多年了，使用的地方不是太多。只有像常规潜艇这种有特殊需求的场合，才用这种安全简单可靠的外燃机，也就是AIP系统。

【常规潜艇使用的AIP系统，用来在水下发电，虽然功率低，也没有太多选择】

太空开发，斯特林动力获得新生

斯特林虽然功率不高，但优点是不需要补充燃油或者其他消耗品，也不怕燃料爆炸，整个设备造完理论上就不用动了，有温差就能工作。所以，美国从冷战太空争霸时期，全球率先开始研究斯特林发动机在太空中的应用。

太空目前使用的主要是光电板，利用光电效应发电。但是一旦离开太阳太远，光电效应就大打折扣，甚至都不起作用。

月球也有类似情况。空间站上一昼夜是45分钟，没有太阳时，电池能支撑半个多小时即可。月球一昼夜是一个月，没有光照的这半个月，玉兔探测器靠休眠熬过去，但未来月球基地的人可不能关机，这半个月的电力如何确保？太阳能发电肯定指望不上。若是用电池那需要多少组？那只能建造复杂沉重的核电站了吗？

这时，斯特林动力就体现出自己的价值，只要给个热源就能发电。热源就简单了，我们有成熟的核燃料技术，寿命长热量高，发热稳定不需要氧气，又小又方便。两者搭配，就是完美的电力系统，虽然热效率低一些，但性价比已经非常高了。

比如这个月球斯特林发电机想象图，白色的是散热板，主体埋在月壤里屏蔽辐射。设想中这种发电机能提供40千瓦发电能力，连续工作至少15年。

斯特林发动机，也是复杂又科幻的系统

方向虽然确定了，原理也很简单，但是想把这个系统放在太空使用，比登天还难。

我们可以看到，斯特林是一个靠密闭气体膨胀收缩工作的系统。那么，这套系统的气密性如何确保？气密性确保的前提下，怎么解决活动部件的润滑问题？怎么确保系统功率达到最优？怎么确保这套系统可以在恶劣的太空或月球，可靠的使用数年甚至十几年？在以上基础上，如何确保系统设计重量最轻，结构最简单，发射成本最低？

【具体到实际问题时，原理简单的东西往往就会变得非常复杂，这是NASA的一个太空斯特林发动机结构】

以上这些难题，全都是地狱级难度。美国从70年代就知道这东西好用，也一直在不断的研究，但最被看好的一个项目，2013年还是被取消了。至今美国也没在太空进行相关项目的实际测试或使用。

【美国虽然没有在太空测试相关设备，但对斯特林发动机研制其实也没停止，图为给月球和火星准备的斯特林发电机】

这里要说一下，美国在一些深空探测使用的核电池，属于静态同位素温差转换电池，用类似光伏效应的原理发电，功率很低，没有任何活动部件，与斯特林原理不同。

梦天与问天，实验前途不可限量

这次梦天带着斯特林发动机上太空，全球首次在空间环境下，检测该项技术的适应性及可靠性，非常不易。也侧面说明我国在该领域已经有了较大技术突破，技术成熟到可以送上太空实验。后续可以利用实验数据，进一步优化产品，最终打造出优秀的深空动力系统。

在该领域，这次我们走在了世界的前头。同时我们也能看到，梦天和问天，这两个实验舱的意义有多重大，里面的每一项实验，其实都是未来一个非常重大领域的“前进基地”。