立体架构让金星探索成为可能

　　背景
　　金星是空间科学界感兴趣的优先探索目标。由于其广泛的云层覆盖和复杂的大气化学，极高的表面温度和压力，使得金星探测器面临着巨大的挑战。科学家们正在寻求解决此问题的方法，以更好地探索金星，了解类地行星的演变。提出设想
　　一种创新的架构，该架构为：在金星大气层中捕获太阳能的平台以无线传输的方式向地面着陆器传输能量。具体设计是一架动力飞机使用高温太阳能电池阵列在金星大气层的上游收集太阳能，并将这种能量存储在机载高温可充电电池中。然后，这个空中平台将下降到云层下方，通过激光束将能量转移到金星表面的着陆器上。地面着陆器将包括一个激光转换器，用于接收光束光能，将其转换为电能，并将其传输到车载高温可充电电池，供着陆器负载使用。在这种能量转移之后，飞机将上升到更高的高度，再次启动这个循环。
　　问题所在
　　金星在大气压为92atm下的表面温度接近恒定约为462，现有的电池设计即使具有显著的绝缘性和相变材料，也无法在这样的温度下生存，这也将着陆器的使用寿命限制到约2小时。即使着陆器的电池寿命大大增加了，但让电池在超过350的内部环境下工作仍是一道难题。
　　着陆器概念图
　　由于金星具有非常浓密的大气层，大部分太阳辐射被吸收、反射、散射，只有很少部分被高空平台利用，所以造成着陆器最终接受的能量几乎很少。
　　高空平台概念图
　　所以，维持高温下电池的稳定性和提高太阳能转化效率是金星探索中的重要一环。解决方法电池问题
　　美国宇航局赞助开发一种能够在金星表面温度下运行至少30天的电池。该电池有着高熔点的锂合金阳极LiAl（熔点为718），低熔点、高电导率的电解质（LiCl和KCl等），MgO作为粘合剂（高温下对锂不反应），阴极材料有FeS和FeS2两个候选者，经过测试得出：以FeS作为阴极的电池具有更高的电容量、更高的可逆效率、更高的热稳定性。在模拟金星环境测试中，该电池运行了约140天，证明了该技术在长期表面探索任务中的可行性。能量转化效率问题：
　　两架飞行器先后起飞在金星模拟环境中测试得到光谱辐照度和波长的关系、海拔高度和太阳辐射通量的关系如图所示：
　　由图a得：在大气层范围内，高度越高，大气层对各波长的光吸收越弱。
　　由图b得：在大气层范围内，越接近当地正午时间，光谱照强度越大。
　　由图c得：海拔越高，太阳辐射通量越大。
　　此外，太阳辐照度还有太阳高度角的影响，太阳高度角是指某地太阳光线与该地作垂直于地心的地表切线的夹角。
　　对于某地来说，太阳高度角较低时，光线穿过大气层的路程较长，辐射衰减较多，反之，辐射衰减较少。
　　因此，高空平台捕获太阳辐射时需在海拔较高处、太阳高度角较大处，才能最大程度的捕获太阳能，提高太阳能的利用率。未来展望
　　从现代科技发展来看，要实现上述目标，还需要攻克许多科技难题，但是总有一天来自地球的航天器将会出现在金星之上。
　　162120319张相如（指导老师：闻新）