充电宝能带上航天器吗？

近期，因多家充电宝产品存在安全隐患，民航部门已提升了可携带移动电源的安全门槛。这不禁让人联想到安全等级更为严苛的航天领域：充电宝是否被允许带上航天器？其安全规定是否比民航标准还要严格？

航天飞机燃料电池单元 图源：NASA

航天器需要移动电源吗？

如果未来乘坐航天器太空旅游，那么就根本不存在携带充电宝的需求。

因为出舱活动非常危险、需要专业训练，游客基本上会待在旅游飞船或者度假村空间站的舱内，而不会出舱体验太空行走。在舱外，即使是支持卫星通信的手机，也会因为真空导致手机难以散热，在太阳直射下迅速过热损坏。除此之外，舱外高真空和强紫外线及原子氧等环境会损坏有机材料，也可能在短时间内让普通的手机、平板损坏。如果在舱内，则完全没有必要担心充电问题。有人可能会问卫星、空间站不是有取之不尽用之不竭的太阳能发电，怎么会需要充电宝呢。实际上航天器的电源选择需要根据飞行持续时间、所需发电功率以及具体工作环境等综合决定。目前航天器的电源主要大致分为化学电源、太阳能电源、核电源这三大类。

火星探路者号着陆器上用的锌-银蓄电池 图源：NASA

而在短时间例如小于半个月的任务中，用化学电源比用太阳能或者核能更方便、灵活、经济，这就像是你短期去其他城市出差或者旅游等不会在当地买房而是住旅店或租房一样。充电宝的锂电池也就是化学电源，是用化学反应的能量直接发电。

航天器上化学电源有哪些？

航天上化学电源通常又分为四大类分别是：原电池、蓄电池、储备电池、燃料电池。

用完后无法再充电的一次性电池又称原电池，包括锌锰干电池、锂二氧化硫电池等，现在主要用于短寿命低功耗的小型卫星或者探测器。早期的一些实验性卫星例如我国的东方红一号也喜欢用原电池供电。卡西尼号投放在土卫六上的惠更斯号着陆器也使用了硫-锂原电池。

蓄电池我们很熟悉，随处可见的锂离子电池和铅酸电池、氢镍电池、锌银电池就属于可在电池放完电后再次充能让内部化学物质复原充满电的蓄电池。在航天器上除了出舱活动系统外的特殊场合，蓄电池主要跟太阳能、核能等其他电源搭配使用。例如当太阳能航天器绕行至地球或是其他天体（例如月球、火星）遮挡太阳的黑暗背面时就必须依靠蓄电池储存的能源维持运行设备运行，等能用太阳能发电后再回充。还能用于航天器暂时启动大功率设备的调峰以及无法使用其他电源例如太阳翼展开前、核反应堆没启动、燃料电池故障等时的应急情况等场合。

储备电池是平时把储能的电解质和电极分开，启动时把活性物质（电极上）跟电解质接触启动电池。热电池（Thermal batteries）就是储备电池的代表之一，热电池是启动时点燃发热，产生高温把电解质熔化灌入电极区启动反应发电。不要跟半导体热电偶温差发电装置混淆。和原电池、蓄电池相比储备能储存二十年以上而不丝毫掉电或者出鼓包，对恶劣环境承受力也很强，并且启动迅速输出功率大。因为这些特点储备电池特别适合用在枕戈待旦的军事上，特别是在导弹、鱼雷、核弹头等武器装备而非民用航天上。

燃料电池则可以说是用电解的反向过程发电的静态发电机，只要供应燃料可以源源不断发电。具有发电效率高、续航久、可循环利用反应产物等诸多优点。储电能力比其他化学电源都优秀，因此备受NASA等航天机构的青睐。燃料电池通常使用氢和氧来发电，某些类型的燃料电池例如固态氧化物燃料电池可以使用甲烷（天然气）、乙醇（酒精）、甲醇等其他含氢物质作为燃料不一定要纯氢。目前航天器上使用最多的是碱性燃料电池，质子交换膜燃料电池和固态氧化物燃料。科学家们还在研制再生式燃料电池，除了燃料电池本身外还集成电解槽和压缩机等系统，在把氢和氧反应发电后产生的纯水在充电时再次电解然后压缩储存来重新蓄电。再生式被认为是未来月球、火星基地等上能源系统的重要组成。

有没有真正“续航”使用的充电宝？

说了那么多知识读者可能会问那这些和充电宝并不像啊，顶多像是手机本身的电池。别急，看下去很快你就会知道了。曾经发射并多次维修升级哈勃空间望远镜、建造国际空间站等为人类探索开发宇宙立下诸多难忘汗马功劳的航天飞机就是用碱性燃料电池供电。

航天飞机装备3个燃料电池，每个燃料电池持续输出功率7千瓦最大输出功率12千瓦，也就是航天飞机平时发电功率21千瓦，在短时间过载模式下达36千瓦可持续15分钟。这样的功率使用光伏电池可能需要60平方米以上。

在航天飞机研制时的1970年代，光伏电池效率比现在低也没现在轻巧的薄膜光伏电池。1973年发射的天空实验室主体上每侧太阳翼面积110平米，理论发电功率12千瓦，而阿波罗望远镜风车形布置的四片太阳翼每片理论发电功率3.8千瓦。考虑到制造、恶劣环境、电力传输转换、蓄电池充放电渡过背阳区等实际平均可用功率远不到理论总和一半，无法满足航天飞机的需要。

所以在当时条件下大面积光伏电池的收放会给航天飞机的操作带来一定麻烦。而且之前双子星座飞船、阿波罗飞船都使用燃料电池，燃料电池反应产生的纯水处理去掉残留的氢气泡后还作一举两得为航天员的生活用水。

但是后来和NASA最初设想的不同，航天飞机除了像运载火箭那样发射航天器外还在搭载各种科学设备甚至载荷舱里装实验室和大型望远镜、雷达（例如目前最常用的民用地球地形图就是航天飞机雷达扫描测绘的）等模块在太空停留充当临时空间站用。而航天飞机轨道器原先储存的液氢液氧最多只能供燃料电池使用不到十天，远不能满足航天飞机科研任务的续航需求。

于是NASA开发了太空充电宝——航天飞机轨道器任务延长系统（Extended Duration Orbiter），从能源供应到生命支持等全面提升航天飞机在续航时间。其中最重要的就是轨道器任务延长系统低温套件。这是一个直径4.6米的平台，装有4个液氧储箱、2个液氢储箱、1个液氦储箱，还有相应的管路阀门和控制设备等，装在航天飞机载荷舱的后舱壁上，满载后套件总质量超过3000千克。这使得燃料电池能运行更长时间，连同其他改进措施例如空气净化、废物处理等上让航天飞机最大续航时间从10天猛增至16天。NASA原计划还考虑给航天飞机装第二个低温套件，让航天飞机最大续航时间进一步提升至28天。

但后来因为已经开始建造国际空间站了，在国际空间站上做实验能更持久而航天飞机带任务延长套件会挤占向空间站运输的物资，显得得不偿失而作罢。航天飞机轨道器任务延长系统是目前唯一实际在太空中用的航天充电宝。目前其他载人航天器都使用光伏电池发电。

**航天充电宝存在安全隐患吗？**那航天充电宝安全吗、会爆炸吗？在世界航天史上还真出现过这样的事故，并且奇迹般的化险为夷成为了传奇故事。1970年4月11日，阿波罗13号载人飞船由巨大的土星5号重型运载火箭发射升空，携带3名航天员计划执行人类第三次载人登月任务。

发射约56小时后在启动燃料电池液氧储箱中搅拌器让液氧温度更均匀时，燃料电池液氧储箱突然爆炸，破坏了飞船的服务舱。使得飞船的电源和供氧、供水等系统受到重创。还好没摧毁飞船也没造成人员伤亡，但也使得船上3名航天员生命陷于危难之中。经过各方紧急研究，决定阿波罗13号放弃登月任务利用所处的地-月自由返回轨道在绕过月球后顺势自动返回地球。尽可能降低能源、氧气和水的资源消耗，依靠已经对接的登月舱上的能源、氧气、水的资源维持生存，还使用登月舱上的发动机修正轨道和控制姿态，确保安全返回地球。

经过4天艰难的奋斗，阿波罗13号飞船终于抵达地球，在返回舱分离再入地球大气层前人们一度担心返回舱的隔热层会不会也被燃料电池液氧罐炸坏。所幸一切有惊无险，3名航天员死里逃生平安返回地球。创下世界载人航天的奇迹。轰动了全世界并被拍成电影。随后NASA也吸取教训改进了设计，燃料电池再也没爆炸过。