神七飞船入轨后开始绕地球高速飞行,航天员在一天之内经历32次昼夜交替。当飞船处于地球阴影区内时,谁能为茫茫黑宇中的出舱航天员点起一盏高亮度、低能耗的明灯?上海采用LED半导体光源,成功研制了神七舱外照明系统。据悉,在太空环境下将LED灯作为照明工具,在人类航天史上还是第一次。
无论是载人飞船还是空间站,一旦阳光被地球遮挡,舱外就伸手不见五指,根本无法完成太空行走等作业任务。国外航天器的舱外照明系统通常采用气体放电灯,也就是类似“太阳灯”的高功率光源。其耗电一般达上百瓦,且辐射出大量热量。但我国神七飞船首次创新性地应用“绿色光源”LED半导体照明,功率仅27瓦,“身材”只有一本《现代汉语词典》那么大,“体重”不到2公斤。该设计既为飞船省下宝贵电能,减轻设备负荷,又对外层空间环境极为友好。
功率低并不意味着灯不亮。研制负责人中国科学院上海技术物理所张涛研究员介绍,以往半导体照明源的发光效率只有每瓦十几流明,甚至赶不上普通白炽灯泡,但随着半导体照明效率突飞猛进,照明源的发光效率可达每瓦上百流明,是白炽灯5倍之多。这盏采用半导体照明源的“天灯”照明范围很大,水平方向可达160度、垂直方向可达90度。据了解,该灯与一台相机并排安置在神七飞船前部,不仅可满足航天员出舱活动范围内的照明需求,还可满足相机拍摄时的感光需求,为航天员在太空中留影。
航天级产品必须经受得住空间恶劣环境。在日夜频繁轮回的绕地轨道上,温度变化相当剧烈,有日照时可升至摄氏近百度,无日照又会骤降至零下40度甚至更低。研制人员刘石神介绍,照明系统的实验条件更加严格苛刻,具备零下45摄氏度的真空启动能力。另外,该系统直接暴露在宇宙中,为承受大量空间粒子撞击,还外涂一层特殊的白色“防弹衣”。
即便真的出现故障,整个系统也可确保出舱活动照明万无一失。因为这套灯具的照明弧面共设有24个小灯泡,能够相互冗余备份、自动补光。“万一有一个灯泡黑了,其它灯泡会相应地更亮一些。”这样,“明灯”平均无故障工作时间长达百万小时以上,在任务期间内“黑灯”概率几乎为零。