太空舞起“絲綢扇” 中國最大面積柔性太陽翼亮相空間站

　　7月25日，“問天”成功牽手“天和”。在軌運行后，問天實驗艙上各類科學儀器將陸續(xù)工作。為了讓航天員在太空工作生活實現用電自由，問天實驗艙配置了中國最大面積柔性太陽電池翼，與天和核心艙的太陽翼一起，成為中國空間站不折不扣的“能量源泉”。

　　大塊頭、輕體重、大能量

　　問天實驗艙的柔性太陽電池翼由中國航天科技集團八院抓總研制。2021年4月29日發(fā)射的空間站天和核心艙應用了中國首款大型柔性太陽電池翼，展開面積達67平方米，相當于一個標準單打羽毛球場大小。如今，這一面積紀錄被問天實驗艙刷新，它配置了2個單翼展開面積超100平方米的“翅膀”，功率高達18千瓦，4個這樣的太陽翼能提供空間站建成后三艙組合體80%的能量。

　　由于太陽翼是個大塊頭，設計師在粘貼太陽能電池片的太陽翼基板上采用了超薄型輕質復合材料，并對用來防護空間環(huán)境的膠層涂覆厚度進行嚴格控制，以降低其體重。太陽翼全部收攏后厚度只有18厘米，與一部手機的長度相當，僅為剛性太陽翼的八分之一。

　　減體重、減體積，不減功能和能量。問天實驗艙在軌運行后，搭載的天文、地理、生物、醫(yī)學等各類科學儀器將陸續(xù)工作，同時航天員的日常生活也離不開能源。

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

　　二次展開技術首亮相

　　飛行器發(fā)射成功的重要標志是進入預定軌道后，太陽翼在軌順利展開。為了確保交會對接絕對安全，問天實驗艙太陽翼在世界上首次采用二次展開關鍵技術，整個過程持續(xù)約80分鐘。

　　交會對接過程中，兩個數十噸級的航天器以大約每秒7.9千米的速度運動，因此需要精準控制兩者的位置、速度、姿態(tài)才能保證可靠對接，避免航天器發(fā)生碰撞。

　　另外，如果太陽翼完全展開，實驗艙就好比兩只手各持一面巨大的帆，微小的抖動，都會導致實驗艙的速度、相對位置和飛行姿態(tài)的控制精度大大下降，增加控制難度。

　　二次展開技術是在實驗艙發(fā)射后獨立飛行階段，柔性太陽電池翼首先展開部分電池板，滿足實驗艙能量需求的同時降低飛行控制難度，使得交會對接又穩(wěn)又準，對接完成后，再完成全展開，建立完整的能源系統(tǒng)。

　　“絲綢扇”如何在空中雙自由度轉動？

　　與核心艙太陽翼相比，問天實驗艙太陽翼還實現了軸向和徑向雙自由度的對日定向，能始終以“向日葵”的姿勢朝向太陽。

　　根據中國空間站的T字構型，核心艙處于T字一“豎”的位置，問天實驗艙和后續(xù)的夢天實驗艙共同構成T字一“橫”。本次問天實驗艙成功發(fā)射后先在“豎”的方向與核心艙進行交會對接形成I字組合體，此時太陽與組合體處于同一方位，太陽翼只需幾天軸向轉動一個角度，確保陽光垂直入射太陽電池片。

　　后續(xù)，按照任務進程，問天實驗艙將轉動到核心艙側面，形成“L字”構型，隨著組合體在圓形軌道運行，實驗艙相對太陽的位置一直在變動，為了最大范圍接受陽光入射，太陽翼每天需要在徑向轉動十幾圈，這對于又大又薄的太陽翼來說，又是一大考驗。

　　2個太陽翼總面積超過200平方米，厚度只有0.7毫米，薄如蟬翼?？刂迫绱艘?guī)模的太陽翼，如同在太空中舞動兩面柔軟巨大的絲綢扇，任何風吹草動都能讓它晃悠擺動。除了驅動裝置，太陽翼上配置了張緊機構，外表看是一根簡單的鋼絲繩，實際是一套恒力彈簧繩索系統(tǒng)，可通過不斷伸縮保證太陽翼的足夠剛度和姿態(tài)控制。(完)

　　轉自：中國新聞網

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