本期講講太空中的事。常見航天器的電源多來自太陽能，例如中國的天宮空間站有很多太陽能帆板。由于太陽能發電效率較低，如需增加電量就要靠增加板的面積，地球附近太陽能尚可。如果要往遠飛，比如火星附近太陽能密度僅有地球的40%左右，如果飛到火星就或飛得更遠，那就得變成下圖所示：

這個方案顯然不太可行，所以要實現深空探測、建立火星基地等偉大目標，僅依靠太陽能就不太行了，那怎么辦呢？2023年3月10日，據中國航天科技集團消息，六院801所自主研制的空間閉式布雷頓熱電轉換系統，成功實現了百千瓦內多能級電功率輸出，達到國際先進水平。這就表示在太空里，可以采用這樣的系統進行發電了，那么飛船就可以不靠太陽能而飛到更遠的地方。

什么是“閉式布雷頓熱電轉換系統”？我們來詳細講一講。

有“閉”就有“開”，先說說什么是開式布雷頓熱電轉換系統。例如飛機翅膀下那幾個大大圓圓的發動機，叫燃氣輪機。

工作原理4步走：第1步，吸收環境中的常溫空氣壓縮；第2步，對氣體加熱；第3步，高溫高壓空氣推動渦輪做功，帶動發電機切割磁場，將動能轉換成電能；第4步，這些熱空氣完成使命就排放到了大氣中。另一邊就又吸入了新的空氣，重復這個動作。

為什么這個叫“開”式的呢，因為氣體會跑，一邊熱氣跑了，一邊新的氣體進入了系統，就相當于開了口。相反，“閉”式就是不讓熱氣跑出去，繼續回到原點完成下一個壓縮、加熱、做功的過程，周而復始。

那么太空中為什么不能用開式的呢？因為太空里接近真空，系統中的氣跑出去后就再也回不來了。那么這里就出現了一個問題，飛機發動機的開式是熱氣跑出去，常溫氣體或涼的氣體跑進來；而閉式的，熱氣回到原點還是熱氣。怎么能把它變涼后進行下一輪的壓縮加熱呢？熱量傳遞主要有三種方式：熱傳導、熱對流和熱輻射。傳導和對流都離不開介質，在太空這種接近真空環境中就失效了。因此，太空中只能靠熱輻射。只要讓熱的氣體流過輻射散熱器，氣體把熱量給散熱器，然后散熱器把熱量全部輻射給太空，氣體就變涼了。

801所研發的閉式布雷頓熱電轉換系統的輻射散熱器長什么樣，我也不知道，網上也沒查到相關資料，所以就幻想建了個模型。

輻射散熱器的外壁是通過壁面把熱量輻射出去，里面的芯是氣體流動的區域，外邊圓的是宇宙。用智能熱流體仿真軟件AICFD算算它的輻射換熱能力怎么樣。仿真所使用的計算機參數（環境）是： 處理器：i7-12700 2.10GHz，內存：32GB，操作系統：windows 11家庭中文版。

1. 打開AICFD軟件，新建工程，導入模型；

2. 設置求解模型，穩態、不可壓；

3. 賦予換熱器外壁和宇宙材料屬性。注意，宇宙雖然接近真空，實際也有一些非常稀薄的氣體，所以設置的時候就把它的氣體密度設置得特別小，比如0.0001；

4. 設置換熱器外壁和宇宙外緣的邊界條件，一階迎風、格林高斯等；

5. 設置求解器的啟停條件，輻射換熱沒有流動傳熱現象復雜，所以算1000步差不多了。

全都設置好了，計算已經收斂，輻射強度云圖顯示自散熱器外壁到宇宙環境逐漸減弱，輻射功率是100.936W。801所研制的系統中散熱器的散熱能力不知道是什么樣的一個量級，但原理和散熱方式大概就是這樣子。