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| 中美兩國LED照明在太空領域的八大應用 |
| （時間:2015-10-8 9:24:46） |
10月1號是國慶節(jié)的第一天，大家都忙著出游或在路途中，今年的國慶閱兵不再是我們要看的了，太空之謎才是我們LED人觀望的，然而你知道LED在太空有哪些應用嗎?
在我國，LED應用于太空的工作目前主要是由軍事科研機構和軍工企業(yè)負責。LED在軍事上的應用，建軍節(jié)和閱兵第二天已經介紹過了，現在看看中美兩國LED在太空的應用。
中國從神舟七號飛船(2008年)開始將LED應用于太空照明，是全世界第一個國家!太空照明包括艙內照明、出艙照明、交會照明，交會即神舟飛船與天宮一號交會對接。
美國最初是將LED應用于太空農場，在這方面美國可能比中國技術更成熟，并由此衍生出了其他新的應用技術。
1、艙內照明
目前國際空間站各艙室內一般照明光源為熒光燈。熒光燈技術成熟，性能穩(wěn)定，可靠性高，同時具有光效高、發(fā)光均勻、表面亮度低等特點。但是其缺點是：含汞、帶頻閃、不易調光、維護周期短。白色發(fā)光二極管(LED)作為一種新型照明光源，非常適合航天飛行任務對照明系統(tǒng)的高可靠和安全性要求，替代熒光燈進行艙內照明具有很多優(yōu)勢：體積小、發(fā)光效能高、啟動時間快、啟動溫度范圍寬、工作電壓低、點亮后無頻閃、不含汞;LED容易設計特殊配光、二次光學系統(tǒng)效率高;抗震耐沖擊;容易實現顏色和亮度控制。
中國采用LED艙內照明燈，不僅耐低溫，還耐震動。太空溫差很大，晝夜變化非常明顯，在夜間溫度很低，太空的粒子輻射很強，通過LED燈特殊的技術實現高可靠性、高穩(wěn)定性。每個艙內的全部照明均來自頂部的一盞小燈，所耗功率僅幾瓦，為航天器省下空間、負載和能耗。由于晝夜長明，太空LED燈還具備“調光”功能，可根據宇航員起居作息狀態(tài)進行調整。
2、出艙照明
出艙照明燈在宇航員太空行走中發(fā)揮十分重要的作用。飛船進入軌道后，有一段時間處于地影區(qū)，屆時艙外十分漆黑，宇航員出艙行走必須有光源照明，攝像系統(tǒng)也需要照明。國外一般采用金屬燈提供太空出艙照明，中國則采用LED。LED優(yōu)點是發(fā)光效率高，可靠性強，抗震性能好，使用壽命理論上長達10萬小時，光的顏色、結構能靈活調整。
中國LED出艙照明燈解決了以下技術難關：(1)外太空環(huán)境十分復雜，地影區(qū)溫度可能在零下六七十攝氏度，日照區(qū)溫度又非常高，各種太空輻射、靜電多，照明燈必須承受這些惡劣條件。(2)其次，外太空沒有空氣，照明光源無法像在地球上一樣借助于空氣對流散熱，需充分運用金屬傳導和熱輻射散熱技術。(3)航天照明系統(tǒng)需做到“高功效，小功耗”。
LED出艙照明燈看似一個方盒子，但發(fā)光面是有一定弧度的多面體，作用是把光線集中到照射區(qū)域，照明視角為左右160度、上下90度。內含24個發(fā)光源頭，總功耗27瓦。如此一個高技術含量的照明系統(tǒng)，尺寸卻不大，置于一個寬約20厘米、高約10厘米、厚約6厘米的“盒子”內，重約1.8公斤。
3、交會照明
神舟飛船和天宮一號對接是在地影區(qū)內，一片漆黑。而對接的時候會產生很大的碰撞，LED燈經受住了考驗，為交會對接提供了保障。
在神舟飛船與天宮一號對接的過程中，需要根據預先確定的策略進行軌道和姿態(tài)調整，讓神舟飛船與天宮一號按時、逐步接近，通過交會對接敏感器完成測距和瞄準，把兩者之間的距離逐步縮減為0，完成交會對接。對接敏感器主要包括微波雷達、激光雷達和CCD光學成像敏感器等。
CCD光學成像敏感器，它是由標志子系統(tǒng)、攝像機子系統(tǒng)和信號處理子系統(tǒng)組成的。標志子系統(tǒng)安裝在天宮一號上，它是由多個發(fā)光二極管(LED)目標燈排列成的一個圖形。LED功耗低、體積小、重量輕、受環(huán)境溫度變化的影響小，非常適合作為標志燈的發(fā)光器件。標志燈又分為遠場標志燈與近場標志燈，均裝配在天宮一號實驗艙前錐段對接口附近的艙體外表面上。遠場標志燈在外環(huán)，各燈相距較遠，用于保證較遠距離時的測量精度，近場標志燈在內環(huán)，以適應近距離時CCD敏感器鏡頭的視場。有了標志燈，飛船就可以實現全天候對接，即使在背陽的一側也可以進行。為了有效地排除陽光及其他雜散光的干擾，LED目標燈發(fā)出的是近紅外波段的光線。
4、太空農場
在太空種植食材，能很好地解決長途太空旅行中的一大難題：新鮮食物的供給。而就短期而言，則能起到成本削減的作用——每運送1kg食物到國際空間站，要花費近14000英鎊，主要都是些高熱量并能長期存放的食品，新鮮食物尤其是蔬菜水果非常有限。
基于太空環(huán)境的特殊要求，植物栽培使用的光源必須具有發(fā)光效率高、輸出光譜與植物光合作用需求吻合、體積小、重量輕、壽命長、無污染等特征。LED具有這些基本特征，是太空農業(yè)最理想的人工光源。
美國宇航局通過一項名為蔬菜生產系統(tǒng)的計劃為國際空間站的宇航員們提供太空種植的可食用蔬菜。這一太空植物種植計劃首批栽培6株萵苣，由粉紅LED燈提供光合作用所需光線。萵苣太空生長周期很短，一旦種植，28天后就能成熟到可以食用的程度。
說到肉食，要在太空艙的狹小空間中飼養(yǎng)大型動物可能很不現實，中國科學家為此推薦了小個頭的蠶。他們認為蠶的蛋白質含量高、生長周期短、生物轉化效率高、活動所需空間小，飼養(yǎng)蠶的過程中氣味小、不產生廢水。因此，蠶有可能作為太空旅行所需動物蛋白質的最佳候選動物。
5、園藝療法
據自1989年開始給萊克斯島上的居民進行園藝療法的紐約園藝學會說，照顧植物的好處非常多，例如“減小壓力、改善心情、緩解抑郁、促進社交、改善身心健康”和一般健康。
在廣袤無垠的太空中，即使是最堅強的宇航員，也有可能會被逼到忍無可忍的地步。太空農場種植植物并不只是為了食用，它們還充當著一種情感寄托物，即園藝療法。這樣，宇航員生活在密閉的飛船艙中，他們一點也不感到孤獨和寂寞，更多的是興奮和自豪。
6、調節(jié)睡眠
來自LightingScience公司的RhythmDownlight不僅僅是個能發(fā)光的LED燈泡，它還能影響到使用者的精神狀態(tài)。美國宇航局在國際太空站部署類似的技術來幫助宇航員調節(jié)自己的睡眠——在28160千米/小時的速度下，宇航員們每24小時會看到16次日出和日落。
實驗發(fā)現，波長在446—477納米之間的藍光會抑制褪黑素的生成。LightingScience的工程師根據實驗結果編寫了RhythmDownlight的設置程序，包括“提神模式”(更多藍光)和“放松模式”(無藍光)。這項技術不僅用于宇航員，也適用于普通人。使用者可通過程序添加自己的日程安排，這樣就能在工作和起居的時候保持良好精神狀態(tài)，尤其是在午后和夜晚。
7、治療傷口
在確定LED可用于太空培養(yǎng)植物后，美國宇航局還研究LED用于光生物調節(jié)作用療法(PBMT)。PBMT是一種新型的醫(yī)療技術，通過將機體暴露于高強度、特定波長的光的照射下，來刺激或抑制細胞活動。PBMT調節(jié)機體的細胞器官(如線粒體、液泡和葉綠體等)，在細胞水平上利用特定波長的光子能量增強呼吸作用，減少自然的發(fā)炎癥狀，加快傷口的愈合速度和應激速度，促進新城代謝。目前，這項技術已經由航天延伸到民用商用。
8、墨水光源
一家位于美國亞利桑那州，針對照明、太陽能和能量存儲等應用從事無機印刷和柔性半導體開發(fā)的新創(chuàng)公司NthDegree，和美國宇航局共同開發(fā)“輕質、低功耗”光源。
該光源使用NthDegree開發(fā)的創(chuàng)新半導體墨水。NthDegree聲稱其發(fā)明了一種能將半導體墨水轉移到襯底上的專有方法，這種油墨內含功能元件，如使用傳統(tǒng)晶圓制程的二極管和晶體管。固態(tài)照明裝置是在標準的InGaN異質外延上，制成微型LED并分散于油墨黏合劑中。以一臺60公分寬的柔性凸版印刷機來說，每分鐘可印刷出75公尺，每年運作300天，每天工作20小時的話，大約可相等于2.5億顆A—19燈泡。
以上8大太空應用，你都記住了，看以后誰還敢在你面前瞧不起做LED的!
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