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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負責。LED在軍事上的應用，建軍節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，性能穩定，可靠性高，同時具有光效高、發光均勻、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勢：體積小、發光效能高、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進行調整。
2、出艙照明
出艙照明燈在宇航員太空行走中發揮十分重要的作用。飛船進入軌道后，有一段時間處于地影區，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優點是發光效率高，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)外太空環境十分復雜，地影區溫度可能在零下六七十攝氏度，日照區溫度又非常高，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)航天照明系統需做到“高功效，小功耗”。
LED出艙照明燈看似一個方盒子，但發光面是有一定弧度的多面體，作用是把光線集中到照射區域，照明視角為左右160度、上下90度。內含24個發光源頭，總功耗27瓦。如此一個高技術含量的照明系統，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、攝像機子系統和信號處理子系統組成的。標志子系統安裝在天宮一號上，它是由多個發光二極管(LED)目標燈排列成的一個圖形。LED功耗低、體積小、重量輕、受環境溫度變化的影響小，非常適合作為標志燈的發光器件。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，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，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。
基于太空環境的特殊要求，植物栽培使用的光源必須具有發光效率高、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、調節睡眠
來自LightingScience公司的RhythmDownlight不僅僅是個能發光的LED燈泡，它還能影響到使用者的精神狀態。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，尤其是在午后和夜晚。
7、治療傷口
在確定LED可用于太空培養植物后，美國宇航局還研究LED用于光生物調節作用療法(PBMT)。PBMT是一種新型的醫療技術，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的新創公司NthDegree，和美國宇航局共同開發“輕質、低功耗”光源。
該光源使用NthDegree開發的創新半導體墨水。NthDegree聲稱其發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，如使用傳統晶圓制程的二極管和晶體管。固態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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