太空舞起“絲綢扇” 中國(guó)最大面積柔性太陽(yáng)翼亮相空間站

　　7月25日，“問(wèn)天”成功牽手“天和”。在軌運(yùn)行后，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙上各類(lèi)科學(xué)儀器將陸續(xù)工作。為了讓航天員在太空工作生活實(shí)現(xiàn)用電自由，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙配置了中國(guó)最大面積柔性太陽(yáng)電池翼，與天和核心艙的太陽(yáng)翼一起，成為中國(guó)空間站不折不扣的“能量源泉”。

　　大塊頭、輕體重、大能量

　　問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙的柔性太陽(yáng)電池翼由中國(guó)航天科技集團(tuán)八院抓總研制。2021年4月29日發(fā)射的空間站天和核心艙應(yīng)用了中國(guó)首款大型柔性太陽(yáng)電池翼，展開(kāi)面積達(dá)67平方米，相當(dāng)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單打羽毛球場(chǎng)大小。如今，這一面積紀(jì)錄被問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙刷新，它配置了2個(gè)單翼展開(kāi)面積超100平方米的“翅膀”，功率高達(dá)18千瓦，4個(gè)這樣的太陽(yáng)翼能提供空間站建成后三艙組合體80%的能量。

　　由于太陽(yáng)翼是個(gè)大塊頭，設(shè)計(jì)師在粘貼太陽(yáng)能電池片的太陽(yáng)翼基板上采用了超薄型輕質(zhì)復(fù)合材料，并對(duì)用來(lái)防護(hù)空間環(huán)境的膠層涂覆厚度進(jìn)行嚴(yán)格控制，以降低其體重。太陽(yáng)翼全部收攏后厚度只有18厘米，與一部手機(jī)的長(zhǎng)度相當(dāng)，僅為剛性太陽(yáng)翼的八分之一。

　　減體重、減體積，不減功能和能量。問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙在軌運(yùn)行后，搭載的天文、地理、生物、醫(yī)學(xué)等各類(lèi)科學(xué)儀器將陸續(xù)工作，同時(shí)航天員的日常生活也離不開(kāi)能源。

　　粗略統(tǒng)計(jì)，三名航天員一天工作、生活的用電量預(yù)計(jì)320度左右，傳統(tǒng)的剛性、半剛性太陽(yáng)電池翼因其體積、重量、功率等限制難以滿足這一需求，而柔性翼體積小、展開(kāi)面積大、功率重量比高，18千瓦的電能在滿足艙內(nèi)所有設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，也可以保證航天員的日常生活。

　　二次展開(kāi)技術(shù)首亮相

　　飛行器發(fā)射成功的重要標(biāo)志是進(jìn)入預(yù)定軌道后，太陽(yáng)翼在軌順利展開(kāi)。為了確保交會(huì)對(duì)接絕對(duì)安全，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙太陽(yáng)翼在世界上首次采用二次展開(kāi)關(guān)鍵技術(shù)，整個(gè)過(guò)程持續(xù)約80分鐘。

　　交會(huì)對(duì)接過(guò)程中，兩個(gè)數(shù)十噸級(jí)的航天器以大約每秒7.9千米的速度運(yùn)動(dòng)，因此需要精準(zhǔn)控制兩者的位置、速度、姿態(tài)才能保證可靠對(duì)接，避免航天器發(fā)生碰撞。

　　另外，如果太陽(yáng)翼完全展開(kāi)，實(shí)驗(yàn)艙就好比兩只手各持一面巨大的帆，微小的抖動(dòng)，都會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)艙的速度、相對(duì)位置和飛行姿態(tài)的控制精度大大下降，增加控制難度。

　　二次展開(kāi)技術(shù)是在實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射后獨(dú)立飛行階段，柔性太陽(yáng)電池翼首先展開(kāi)部分電池板，滿足實(shí)驗(yàn)艙能量需求的同時(shí)降低飛行控制難度，使得交會(huì)對(duì)接又穩(wěn)又準(zhǔn)，對(duì)接完成后，再完成全展開(kāi)，建立完整的能源系統(tǒng)。

　　“絲綢扇”如何在空中雙自由度轉(zhuǎn)動(dòng)？

　　與核心艙太陽(yáng)翼相比，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙太陽(yáng)翼還實(shí)現(xiàn)了軸向和徑向雙自由度的對(duì)日定向，能始終以“向日葵”的姿勢(shì)朝向太陽(yáng)。

　　根據(jù)中國(guó)空間站的T字構(gòu)型，核心艙處于T字一“豎”的位置，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙和后續(xù)的夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙共同構(gòu)成T字一“橫”。本次問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙成功發(fā)射后先在“豎”的方向與核心艙進(jìn)行交會(huì)對(duì)接形成I字組合體，此時(shí)太陽(yáng)與組合體處于同一方位，太陽(yáng)翼只需幾天軸向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，確保陽(yáng)光垂直入射太陽(yáng)電池片。

　　后續(xù)，按照任務(wù)進(jìn)程，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙將轉(zhuǎn)動(dòng)到核心艙側(cè)面，形成“L字”構(gòu)型，隨著組合體在圓形軌道運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)艙相對(duì)太陽(yáng)的位置一直在變動(dòng)，為了最大范圍接受陽(yáng)光入射，太陽(yáng)翼每天需要在徑向轉(zhuǎn)動(dòng)十幾圈，這對(duì)于又大又薄的太陽(yáng)翼來(lái)說(shuō)，又是一大考驗(yàn)。

　　2個(gè)太陽(yáng)翼總面積超過(guò)200平方米，厚度只有0.7毫米，薄如蟬翼?？刂迫绱艘?guī)模的太陽(yáng)翼，如同在太空中舞動(dòng)兩面柔軟巨大的絲綢扇，任何風(fēng)吹草動(dòng)都能讓它晃悠擺動(dòng)。除了驅(qū)動(dòng)裝置，太陽(yáng)翼上配置了張緊機(jī)構(gòu)，外表看是一根簡(jiǎn)單的鋼絲繩，實(shí)際是一套恒力彈簧繩索系統(tǒng)，可通過(guò)不斷伸縮保證太陽(yáng)翼的足夠剛度和姿態(tài)控制。(完)

　　轉(zhuǎn)自：中國(guó)新聞網(wǎng)

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