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D35日,夏鸣开始跟晓棠讨论第二阶段的能源问题。
第一阶段的“引信”探测器会在D132日到达智神星,这个总重只有500公斤的探测器,接近90%的重量都耗在了发动机和电源上,探测设备仅仅只有摄像头和LED探照灯,通讯系统全靠千颜MINI,风险很大,其实也就是先去碰碰运气。
真正的希望寄托在第二阶段的“雷-管”探测器上,如果10兆瓦的VASIMR能研发成功,“雷-管”的总重就能到两吨,这时候探测和通讯设备就能有了更大余量。
“雷-管”计划是在D160日到达智神星,它的设计速度要比“引信”快,预计只用花50天。也就是说在D90日,“引信”出发3天后,“雷-管”就要跟着上天。
不过“雷-管”的瓶颈依旧在能源上,太阳能电池无法满足10兆瓦VASIMR的胃口,只能当辅助能源用。
夏鸣这段时间全心扑在各种前沿能源技术上,现在终于拿出了“雷-管”探测器的能源系统设计。
不过晓棠听到这个名词的时候,却是一脸狐疑。
“飞轮电池?”
“对,飞轮电池!”
夏鸣解释说:“我和千颜构想的能源系统是这样的,太阳能电池、超级电容和飞轮电池组成联合系统,以飞轮电池为核心,互相补充。只要探测器总重维持在两吨以内,这个方案的能源就够用。”
晓棠沉默了一会,应该是在用PEI找资料确认这方面的技术,然后她蹙眉道:“这个飞轮电池,还需要做很多改进才行啊。”
夏鸣点头:“的确是个巨大的挑战,不过相比其他需要有新原理或者新发现的技术,飞轮电池还有很大潜力,技术难点就在材料上。”
晓棠捏着下巴,眯着眼睛:“有意思,氮化镓那边差不多搞定了,我来着手解决吧。”
飞轮电池,简称FESS,的确是项很有意思的储能技术。
跟核电池和化学电池不同,飞轮电池是机械储能,它的技术思路很简单。
大家都知道,发电站是靠转子切割磁力线产生电流,转子的机械能变成了电力。水电站是靠水流推动转子,热电站是靠媒和油或者天然气的热能推动转子,核电站是靠核裂变烧开水的热能推动转子。
飞轮电池就是把飞轮当转子,充电的时候,转子快速旋转,将电能转换为机械能。放电的时候,转子又将机械能转换为电能。而直流电机又是可逆的,可发电和放电,原理朴素,构造简单。
不过,看似简单的技术却有很多门槛,首先是摩擦阻力,其次是材料,飞轮至少要达到每分钟几万的转速,一般材料是承受不了的。
这个概念在上个世纪七十年代提出来,就因为这两个难点,到前几年才变成现实,花了四十多年。
飞轮电池现在已经很成熟了,UPS领域应用最广泛。在其他领域,比如电动车上,也很早就有了应用。将飞轮电池装入汽车的车轮,吸收车轮制动的能量,这已经是很多豪车的标配。保时捷的F1赛车也采用飞轮电池当辅助电力,美国NASA在空间站上也装有飞轮电池。
最引人注目的应用还是航空母舰,福特号的电磁弹射系统里就有飞轮电池组件,华夏的电磁弹射系统也是走这条路线,因为它的功率密度比超级电容还高,用俗话说就是爆发力强。
但即便是现在,飞轮电池还是有很大缺陷,最主要的问题还是摩擦损耗。
现在广泛应用的飞轮电池,都是采用真空运转。即便这样,每天的自然损耗率也在10%以上。一旦放电,损耗会更严重。
不过超导技术对飞轮电池有很明显的提升,利用超导原理稳定飞轮,去掉有直接接触的轴承,摩擦损耗就降低了很多。基于超导磁悬浮的飞轮电池,每天自然损耗率不到2%。
另一个难点是飞轮本身,要存储更高的能量,飞轮转速就必须更快,而且质量也得更轻,不仅能降低摩擦(真空不是绝对的),还能让整个电池适应运动的余量更高。
在运动状态下,飞轮难以保持稳定。如果是在超导环境下,超导磁悬浮产生的超导电场会稳定飞轮的状态,不让它乱动。飞轮够轻的话,稳定性就很强。
只是超导技术还没跨入到常温领域,需要一套冷却设备,冷却设备的体积和消耗的能源都不小,所以超导飞轮电池还没办法进入日常应用。
不过对于宇航来说,这两个问题就不算突出了。
不管是材料还是超导,正好都是晓棠的专业领域。她粗略估算,飞轮的转速得再提升十倍,损耗再降低十倍,才能满足“雷-管”探测器的需求,而这两点都落在了材料上。
“来吧,千颜,疯起来吧”,实验室里,晓棠对千颜嘀咕着。
“你说的疯狂是工作负荷还是发撒性思维呢?前者的话,最近一个月内我的平均负荷已经达到27%,而我接触到的思维模式也增加到了72个,这让我的成长变得更快了。但能不能让我增加负荷并不取决于我,而在于你。”
“如果是后者的话,抱歉我还做不到,人类是依靠直觉去做发撒性思维,而我只能靠随机数,这毫无意义。”
千颜的认真纠正让晓棠苦笑摇头,终究只是个模拟的心智模型。
“要轻,要强度高,这是故意的吗?”
夏鸣说起飞轮电池的时候,晓棠就想到了一个答案,但她有些不敢相信,会这么巧?
“千颜,解封关于石墨烯的技术资料。”
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