太空舞起“丝绸扇”中国最大面积柔性太阳翼亮相空间站
来源： 2023-02-27 12:19:45
中新社北京7月25日电题：太空舞起“丝绸扇” 中国最大面积柔性太阳翼亮相空间站
作者 马帅莎
7月25日，“问天”成功牵手“天和”。在轨运行后，问天实验舱上各类科学仪器将陆续工作。为了让航天员在太空工作生活实现用电自由，问天实验舱配置了中国最大面积柔性太阳电池翼，与天和核心舱的太阳翼一起，成为中国空间站不折不扣的“能量源泉”。
大块头、轻体重、大能量
问天实验舱的柔性太阳电池翼由中国航天科技集团八院抓总研制。2021年4月29日发射的空间站天和核心舱应用了中国首款大型柔性太阳电池翼，展开面积达67平方米，相当于一个标准单打羽毛球场大小。如今，这一面积纪录被问天实验舱刷新，它配置了2个单翼展开面积超100平方米的“翅膀”，功率高达18千瓦，4个这样的太阳翼能提供空间站建成后三舱组合体80%的能量。
由于太阳翼是个大块头，设计师在粘贴太阳能电池片的太阳翼基板上采用了超薄型轻质复合材料，并对用来防护空间环境的胶层涂覆厚度进行严格控制，以降低其体重。太阳翼全部收拢后厚度只有18厘米，与一部手机的长度相当，仅为刚性太阳翼的八分之一。
减体重、减体积，不减功能和能量。问天实验舱在轨运行后，搭载的天文、地理、生物、医学等各类科学仪器将陆续工作，同时航天员的日常生活也离不开能源。
粗略统计，三名航天员一天工作、生活的用电量预计320度左右，传统的刚性、半刚性太阳电池翼因其体积、重量、功率等限制难以满足这一需求，而柔性翼体积小、展开面积大、功率重量比高，18千瓦的电能在满足舱内所有设备正常运转的同时，也可以保证航天员的日常生活。
二次展开技术首亮相
飞行器发射成功的重要标志是进入预定轨道后，太阳翼在轨顺利展开。为了确保交会对接绝对安全，问天实验舱太阳翼在世界上首次采用二次展开关键技术，整个过程持续约80分钟。
交会对接过程中，两个数十吨级的航天器以大约每秒7.9千米的速度运动，因此需要精准控制两者的位置、速度、姿态才能保证可靠对接，避免航天器发生碰撞。
另外，如果太阳翼完全展开，实验舱就好比两只手各持一面巨大的帆，微小的抖动，都会导致实验舱的速度、相对位置和飞行姿态的控制精度大大下降，增加控制难度。
二次展开技术是在实验舱发射后独立飞行阶段，柔性太阳电池翼首先展开部分电池板，满足实验舱能量需求的同时降低飞行控制难度，使得交会对接又稳又准，对接完成后，再完成全展开，建立完整的能源系统。
“丝绸扇”如何在空中双自由度转动？
与核心舱太阳翼相比，问天实验舱太阳翼还实现了轴向和径向双自由度的对日定向，能始终以“向日葵”的姿势朝向太阳。
根据中国空间站的T字构型，核心舱处于T字一“竖”的位置，问天实验舱和后续的梦天实验舱共同构成T字一“横”。本次问天实验舱成功发射后先在“竖”的方向与核心舱进行交会对接形成I字组合体，此时太阳与组合体处于同一方位，太阳翼只需几天轴向转动一个角度，确保阳光垂直入射太阳电池片。
后续，按照任务进程，问天实验舱将转动到核心舱侧面，形成“L字”构型，随着组合体在圆形轨道运行，实验舱相对太阳的位置一直在变动，为了最大范围接受阳光入射，太阳翼每天需要在径向转动十几圈，这对于又大又薄的太阳翼来说，又是一大考验。
2个太阳翼总面积超过200平方米，厚度只有0.7毫米，薄如蝉翼。控制如此规模的太阳翼，如同在太空中舞动两面柔软巨大的丝绸扇，任何风吹草动都能让它晃悠摆动。除了驱动装置，太阳翼上配置了张紧机构，外表看是一根简单的钢丝绳，实际是一套恒力弹簧绳索系统，可通过不断伸缩保证太阳翼的足够刚度和姿态控制。(完)
来源： 中国新闻网
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