高逼格,！LED在太空的八大應(yīng)用
文章來源:恒光電器
發(fā)布時間:2015-09-28
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今天中秋佳節(jié),，賞月是必不可少的。太空總是帶給我們無盡的遐想,。在賞月之時,，你知道LED在太空有哪些應(yīng)用嗎？
在我國,，LED應(yīng)用于太空的工作目前主要是由軍事科研機(jī)構(gòu)和軍工企業(yè)負(fù)責(zé),。LED在軍事上的應(yīng)用，建軍節(jié)和閱兵第二天已經(jīng)介紹過了,，廠房照明,，現(xiàn)在看看中美兩國LED在太空的應(yīng)用。
中國從神舟七號飛船（2008年）開始將LED應(yīng)用于太空照明,，是全世界第一個國家,！太空照明包括 艙內(nèi)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(yīng)用于太空農(nóng)場，在這方面美國可能比中國技術(shù)更成熟,，車間照明,，并由此衍生出了其他新的應(yīng)用技術(shù)。
1.艙內(nèi)照明
目前國際空間站各艙室內(nèi)一般照明光源為熒光燈,。熒光燈技術(shù)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(diào)光,、維護(hù)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(wù)對照明系統(tǒng)的高可靠和安全性要求,，替代熒光燈進(jìn)行艙內(nèi)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(shè)計特殊配光、二次光學(xué)系統(tǒng)效率高,；抗震耐沖擊,；容易實現(xiàn)顏色和亮度控制,。
中國采用LED艙內(nèi)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(qiáng),，通過LED 燈特殊的技術(shù)實現(xiàn)高可靠性、高穩(wěn)定性。每個艙內(nèi)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(fù)載和能耗,。由于晝夜長明,，照明方案，太空LED 燈還具備“調(diào)光”功能,，可根據(jù)宇航員起居作息狀態(tài)進(jìn)行調(diào)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(jìn)入軌道后,，有一段時間處于地影區(qū),，屆時艙外十分漆黑，LED燈管,，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(qiáng),，抗震性能好,，使用壽命理論上長達(dá)10 萬小時，光的顏色,、結(jié)構(gòu)能靈活調(diào)整,。
中國LED出艙照明燈解決了以下技術(shù)難關(guān)：（1）外太空環(huán)境十分復(fù)雜，地影區(qū)溫度可能在零下六七十?dāng)z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(yùn)用金屬傳導(dǎo)和熱輻射散熱技術(shù)。（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,， LED置換工程,，照明視角為左右160 度、上下90 度,。內(nèi)含24 個發(fā)光源頭,，總功耗27 瓦。如此一個高技術(shù)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(nèi),，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(nèi),，裝修照明,， led亮化工程，一片漆黑,。而對接的時候會產(chǎn)生很大的碰撞,，LED 燈經(jīng)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(jù)預(yù)先確定的策略進(jìn)行軌道和姿態(tài)調(diào)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(zhǔn)，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(dá)、激光雷達(dá)和CCD光學(xué)成像敏感器等,。
CCD光學(xué)成像敏感器,，它是由標(biāo)志子系統(tǒng)、攝像機(jī)子系統(tǒng)和信號處理子系統(tǒng)組成的,。標(biāo)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(biāo)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,，國內(nèi)資訊,，非常適合作為標(biāo)志燈的發(fā)光器件,。標(biāo)志燈又分為遠(yuǎn)場標(biāo)志燈與近場標(biāo)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(yuǎn)場標(biāo)志燈在外環(huán)，各燈相距較遠(yuǎn),，用于保證較遠(yuǎn)距離時的測量精度,，近場標(biāo)志燈在內(nèi)環(huán)，以適應(yīng)近距離時CCD敏感器鏡頭的視場,。有了標(biāo)志燈,，飛船就可以實現(xiàn)全天候?qū)樱词乖诒酬柕囊粋?cè)也可以進(jìn)行,。為了有效地排除陽光及其他雜散光的干擾,， LED 目標(biāo)燈發(fā)出的是近紅外波段的光線。
4.太空農(nóng)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(yùn)送1kg 食物到國際空間站,，要花費(fèi)近14000英鎊,，主要都是些高熱量并能長期存放的食品， led服裝照明,，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(nóng)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(chǎn)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(xiàn)實,，中國科學(xué)家為此推薦了小個頭的蠶,。他們認(rèn)為蠶的蛋白質(zhì)含量高、生長周期短,、生物轉(zhuǎn)化效率高,、活動所需空間小,，飼養(yǎng)蠶的過程中氣味小、不產(chǎn)生廢水,。因此,，企業(yè)資訊，蠶有可能作為太空旅行所需動物蛋白質(zhì)的最佳候選動物,。
5.園藝療法
據(jù)自1989 年開始給萊克斯島上的居民進(jìn)行園藝療法的紐約園藝學(xué)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(jìn)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(qiáng)的宇航員,， 也有可能會被逼到忍無可忍的地步,。太空農(nóng)場種植植物并不只是為了食用，它們還充當(dāng)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,，廠房照明,，他們一點也不感到孤獨(dú)和寂寞，更多的是興奮和自豪,。
6.調(diào)節(jié)睡眠
來自Lighting Science 公司的Rhythm Downlight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(shù)來幫助宇航員調(diào)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(xiàn)，波長在446—477納米之間的藍(lán)光會抑制褪黑素的生成,。Lighting Science 的工程師根據(jù)實驗結(jié)果編寫了Rhythm Downlight 的設(shè)置程序,，包括“提神模式”(更多藍(lán)光)和“放松模式”(無藍(lán)光)。這項技術(shù)不僅用于宇航員,，節(jié)能與環(huán)保,，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(diào)節(jié)作用療法(PBMT),。 PBMT是一種新型的醫(yī)療技術(shù),，通過將機(jī)體暴露于高強(qiáng)度、特定波長的光的照射下,，來刺激或抑制細(xì)胞活動,。PBMT調(diào)節(jié)機(jī)體的細(xì)胞器官(如線粒體,、液泡和葉綠體等),，建筑照明，在細(xì)胞水平上利用特定波長的光子能量增強(qiáng)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(yīng)激速度，高亮度,，促進(jìn)新城代謝,。目前，這項技術(shù)已經(jīng)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(yīng)用從事無機(jī)印刷和柔性半導(dǎo)體開發(fā)的新創(chuàng)公司NthDegree,，和美國宇航局共同開發(fā)“輕質(zhì),、低功耗”光源。
該光源使用NthDegree開發(fā)的創(chuàng)新半導(dǎo)體墨水,。NthDegree聲稱其發(fā)明了一種能將半導(dǎo)體墨水轉(zhuǎn)移到襯底上的專有方法,，這種油墨內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)的InGaN異質(zhì)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(jī)來說,，每分鐘可印刷出75公尺,，每年運(yùn)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,。
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