近期最好的消息，大概就是神州十二号载人飞船成功发射，并开启长达三个月的太空之旅，中国探索星辰大海的征程因此又近一步。但三个月，航天员的生活起居怎么办？设备用电怎么解决？飞船又是怎么做到长时间飞行的呢？
从1970年4月24日，中国发射了第一颗人造地球卫星“东方红一号”，到2021年6月18日，遥感三十号09组卫星发射升空。经过半个多世纪的发展，中国在航天领域已经获得了巨大成就，并在国际上占到主导地位。这其中，最主要的技术发展就是星载太阳能发电系统，也就是太阳翼。
卫星运转需要强大的电力支撑，国际上不少出现故障的卫星就是电源失灵导致的，因此，电，成了卫星长期运转的重要因素。一般情况下，供电系统有两种运转方式，第一种是靠核电。核电源环境适应能力强、体积小、使用寿命长、功率大，虽然好处多，但危险性也超强，一旦核能量没用完坠回地球，造成的影响不可估量。1978年，前苏联发射的宇宙954号海洋监视核卫星就因不明原因坠落加拿大，导致周边10平方公里范围内的地区受到辐射污染，引起社会恐慌。因此核动力卫星运行数量极少，一般在探索外行星，也就是探测器离太阳比较远，电能产生不够的情况下使用。并且为了防止核动力卫星对人类生存环境造成污染，联合国在1992年就通过了《关于在外层空间使用核动力源的原则》，要求所有会员国遵守。
核电源特点
另一种方式是靠太阳能发电。飞出地球后，太阳能可以说是无限的资源，因此，卫星就多出了一对“翅膀”，也就是刚才说到的太阳翼。这些转换能量的卫星太阳能电池大多以砷化镓为材料，双结砷化镓电池的极限效率为30% ,三结砷化镓电池的极限效率为38%，几十个平方就可以提供10～20千瓦的电能。今年4月29日，中国发射的“天宫”空间站核心舱“天和号”，就采用了这种全新的黑科技---柔性砷化镓太阳能电池板。
柔性砷化镓太阳能电池板
中国是世界范围内首次使用此技术供电的国家。它的光电转换效率达到 30% 以上，供电功率在100千瓦左右，还具有强大的抗辐射性和耐高温性。卫星在外太空运转时，没有大气做阻挡，长时间暴露在高能带电粒子的辐照下，电池的性能就会减弱，再加上卫星运转有65-70%的时间是受到太阳的强烈照射，温度最高的时候会达到200℃，这就会导致太阳能电池板损坏严重，而现在引用的柔性砷化镓采用了超薄型轻质复合材料，可以有效阻挡长时间辐射和高温引起的损害。
从照片上看，太阳翼的体型非常的大，可是发射的时候却没有看到，那么从地面发射的时候，太阳翼是怎么被装进发射机外壳里的呢？这就考验到国家的航天技术含量了。柔性砷化镓双翼展开时的面积有134平方米，单翼宽度18.4米，比空间站“三室一厅”还大了20平方，但已发射的天和号柔性砷化镓太阳翼已经将体积做到世界最小，收拢后厚度只有一本书的大小，是刚性太阳翼的1/15。反观国际空间站，面积有两个标准足球场那么大，总质量达到400余吨，并且配备了4对太阳能电池板，翼展80米，供电率却只有90千瓦，而我国90吨的空间站，供电率已经达到100千瓦。所以，你可以不相信自己，但可以永远相信国家。
太阳翼
在科技高速发展的今天，人类已经不满足于对地球的探索，发展航天领域事业是世界各国都在努力的，但人不可能长久地呆在太空，所以发射卫星就成了探索外太空的主要方式。而想要维持卫星长久运行，就离不开太阳翼，这就不得不说到砷化镓太阳能电池板的基本原料，锗元素。中国近几年已经掌握生产星载太阳能电池翼，所需精制锗片的核心技术，并且和锗开发、精炼方面一起占了世界70%的市场。这是什么概念？简单来说，一旦中国不向全球提供锗片了，外国就会像离开稀土一样无法制造卫星。
锗
那么锗这么重要，究竟是什么呢？锗其实并不在我们常用的30个元素周期表里，它是一种灰白色的稀有金属，是重要的半导体材料。它在自然界中分布极其不均，并且大多与铅、锌等其他金属元素一起生长，开采过程非常麻烦。根据美国地质调查局数据显示，全球已探明的锗储量共有8600吨，对比全球黄金总储量34000吨，锗的储存量简直不能再少了，所以锗被列为国家稀有资源。据统计，到2019年，全球锗产量只有131吨，中国的锗产量最高，达到85吨，但还得明确一点的是，中国产量第一，储量却不是。
锗
全球范围内，锗储量世界第一的是美国，占到45%，达3870吨，中国以3500吨占41%，排世界第二。但根据数据显示，在2014-2017年间，美国有58%的锗都是从中国进口的，这就不经让人思考了，明明锗已经是稀有资源了，别的国家都知道不开采，为什么中国还要大肆出口呢？
这就要从美国限制锗的开采量说起了。美国虽然拥有全球45%的锗储量，但在1984年，就将锗列入国家战略储备名单中，每年只开采3吨，并在2013年后就宣布不再开采了。美国给出的说法是，他们国家的锗通常伴随着锌和铅生长，而锌和铅对他们来说几乎没有用，为了避免资源的浪费，干脆连锗也不要了。储量第一的美国都不开采了，欧州等只有极少锗储量的国家，自然更不会开发。因此，身为世界第二储量的中国，就肩负起了重任。
资源开采
中国的锗大部分和褐煤一起生长，而市场对煤炭的需求量本身就是极大的。根据国家统计局初步核算，2020年中国煤炭消费量在能源消费中占了56.8%，因此锗的产量是必然的。但如此无节制的开采和出口，中国就不害怕会开采完吗？其实是有的，此前中国宣布限制稀土、锗等重要战略资源的出口，但不久就被美国、欧州等国家告上世界贸易组织法庭，并且中国败诉了。理由很简单：你不减少开采，只限制出口，太自私了！无可奈何之下，中国只能继续开放出口。
而锗元素不仅在航天领域有重要的作用，在红外光学领域也有着极大的需求。锗具有高折射率、低色散、良好的机械强度等特点，因此常常用在热像仪的透镜上。热像仪能把发热物体自然发射的红外光变成可见光，使得在夜间或者迷雾环境下也能找到目标，所以热像仪在军事领域用处极大。根据数据统计，中国军用红外热像仪需求量为36.8万台，用到的锗储量得达到258吨。并且锗在消防、预防检测和新型汽车上也有极大的应用，储量预计在280吨。也正是以上种种原因，中国近年来已经开启对稀有战略资源的保护，慢慢限制了锗等稀有资源的开采量，从而减少了出口。
而事实上，锗的运用并不仅仅在这些方面，上到外太空飞行，下到每家每户使用。锗虽然是稀有金属，但在我们日常生活中也是常见的，就比如光纤宽带中就有锗的存在。
光纤是以光纤预制棒为核心原材料制作而成的信号传输方式，而光纤级四氯化锗又是光纤预制棒制造的重要原材料之一，它不仅可以提高纤芯的折射率，还能降低光传输的损耗，以此提高光传输的距离。中国早期因为四氯化锗技术高，难以生产，所以多以高昂的价格进口，这也是我国不得不出口锗原料的重要原因之一。但随着光纤市场需求的变多，中国近年已攻破了这项技术难题。到2019年，中国已经做到一秒传输130TB，可以实现同时让300亿人通话的光纤技术，并且核心光芯片和19芯的特种光纤均为自主研发，拥有完全的自主知识产权。这时候或许有人会说，5G时代都来了，光纤该被淘汰了。然而事实并不是这样，近年来，中国一直在推进数字经济化建设，并逐渐进入到以5G和光纤网络协同发展的“双千兆”时代。
5G的到临，使得移动通信进入了千兆时代，它灵活性高、移动性强且连接数大，我们手机上网正是将信号发射到5G基站，再通过光纤进入到核心机房，以此实现网络互通。但它虽然便捷，却也极易受复杂环境影响，导致信号高低不断，因此它适合在较为空旷的大环境下使用，而像农村小城镇或者室内等较为复杂的环境，这就需要使用固定光纤了。经过长时间发展，中国光纤技术已经进入第五代千兆智能时代，它传输性强，延时性低，并对环境具有极强的抗干扰性，因此，5G和千兆光网是互补关系，它们共同构成了国家数字经济发展的重要数字底座。
5G
现在，“双千兆”网络已在北京、上海等大城市建设，未来，“双千兆”网络将会覆盖全国。它的普及，不仅会带动智能家电的消费，实现远程教育和医疗方面的辅助，使得偏远地区也能享受到高等教育和高新技术，还会催动企业的数字化革新，催生新技术、新产业、新业态、新模式。
因此，在锗等稀有金属资源需求大的今天，我们得加大对稀有资源的保护。不仅国家要尽可能多的储备，以防止出口太多导致国内经济科技发展跟不上带来的后果，还要加大对稀有资源的宣传力度，让全国人民都意识到重要性。
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