鯤鵬展翅！一雙“問天之翼”有何獨(dú)特之處？

近日，有網(wǎng)友拍攝了一段中國空間站過境畫面，問天實(shí)驗(yàn)艙就位后的空間站組合體張開它寬大的雙翼正在遨游天際。那么，問天實(shí)驗(yàn)艙的這雙“翅膀”究竟有何過人之處？今天，“問天之問”推出第七話，帶你了解空間站組合體是如何做到鯤鵬展翅，迎光翱翔的。

問天實(shí)驗(yàn)艙這對巨大的“翅膀”，就是我們所討論的問天實(shí)驗(yàn)艙太陽翼，它與天和核心艙太陽翼一樣被稱作柔性太陽能帆板或柔性太陽電池陣。這雙“翅膀”能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)化為電能，是航天器執(zhí)行任務(wù)時(shí)必不可少的“能量之源”。

技術(shù)升級！供電能力Max

問天實(shí)驗(yàn)艙太陽翼翼展超過55米，堪比半個(gè)足球場。單翼展開面積可達(dá)110平方米，相當(dāng)于一套三室一廳的公寓。太陽翼配置的柔性三結(jié)砷化鎵電池，供電能力在32kW以上，一天發(fā)電量足夠一個(gè)普通家庭使用一個(gè)半月。無論是展開面積還是供電能力，這對“翅膀”都達(dá)到了天和核心艙太陽翼的兩倍之多。

此前，神舟系列載人飛船采用了第一代剛性太陽電池陣技術(shù)，天舟系列貨運(yùn)飛船采用了第二代半剛性模塊化太陽電池陣技術(shù)，空間站各艙段則采用第三代柔性太陽電池陣技術(shù)，天和核心艙是我國對柔性太陽翼的首次應(yīng)用，這項(xiàng)技術(shù)在問天實(shí)驗(yàn)艙的應(yīng)用中又有嶄新突破。

二次展開！防振技術(shù)Max

正因?yàn)橛辛诉@對超大“翅膀”，問天實(shí)驗(yàn)艙前去與核心艙對接就好像在“放著風(fēng)箏開車”，太陽翼的振動(dòng)會(huì)影響航天器在對接過程中的控制精度和穩(wěn)定度。因此，為了盡量避免產(chǎn)生自激振蕩等現(xiàn)象干擾對接，問天實(shí)驗(yàn)艙太陽翼采用了二次展開方案，初次展開長度約為6.5米，與天和核心艙前向?qū)雍笤俣瓮耆归_，在使用結(jié)構(gòu)濾波器的同時(shí)利用脈寬調(diào)制對太陽翼的振動(dòng)進(jìn)行控制，以“四兩撥千斤”的方式，盡可能減少柔性太陽翼振動(dòng)對交會(huì)對接任務(wù)的影響，讓其在太空中“平穩(wěn)翱翔”。

柔性太陽翼的展開過程不同于傳統(tǒng)的剛性、半剛性太陽翼。首先，柔性太陽翼通過火工品爆炸進(jìn)行解鎖，將緊壓在艙臂上的太陽翼抬升并側(cè)展。隨后，將捆綁太陽翼的“繩子”松開，即“約束釋放”。最后，通過電機(jī)的控制將太陽翼慢慢向外伸展，這個(gè)過程仿佛是在“擰螺絲”，最終使太陽翼完全展開。

對日定向！能量收集Max

想要驅(qū)動(dòng)起這兩副柔性太陽翼在太空中流暢“劃圈”，讓它們可以全天候接收到來自太陽光的照射，并非易事。如果想象我們單手拿一把27米長的“芭蕉扇”，并以手腕為圓心做360°旋轉(zhuǎn)，這就需要我們的手腕具有很強(qiáng)的承重能力和轉(zhuǎn)動(dòng)力量。而實(shí)驗(yàn)艙上的對日定向裝置就相當(dāng)于我們的手腕，它需要帶動(dòng)太陽翼持續(xù)旋轉(zhuǎn)、穩(wěn)定對日。

太陽翼采用了雙軸控制，在艙體姿態(tài)不做調(diào)整的情況下，就能隨時(shí)調(diào)整朝向。在太空運(yùn)行中，問天實(shí)驗(yàn)艙的這對太陽能帆板能以最佳角度面向太陽，避免飛行過程中被其他艙段遮擋陽光?？臻g站在軌建造完成后，天和核心艙的一個(gè)太陽帆板將轉(zhuǎn)移到問天實(shí)驗(yàn)艙資源艙的尾部。屆時(shí)，問天實(shí)驗(yàn)艙將成為名副其實(shí)的“主發(fā)電站”，為組合體源源不斷地供電送能。

問天實(shí)驗(yàn)艙太陽翼還有哪些特點(diǎn)和技術(shù)突破？我們具體來了解下↓↓↓

太空發(fā)電站 能量爆表

問天實(shí)驗(yàn)艙兩扇巨大的“翅膀”上，鋪有許多深色玻璃般的“小鏡”，每一個(gè)“小鏡”宛如一座太空“發(fā)電站”，經(jīng)串聯(lián)、并聯(lián)后組成太陽電池陣，能夠產(chǎn)生較高的電壓和較大的電流，為航天器源源不斷提供能量。用于空間站艙段的柔性太陽翼光電轉(zhuǎn)換效率突破30%，這一優(yōu)異性能令傳統(tǒng)太陽翼望塵莫及。天和、問天、夢天三艙組合后，太陽電池陣總發(fā)電面積接近400m2，總共可提供超過80kW的電能，為航天器注入的能量再創(chuàng)新高。

輕盈靈巧 伸縮自如

獨(dú)特的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)讓柔性太陽翼變得輕盈靈巧。在發(fā)射過程中，柔性太陽翼起初宛如合攏的手風(fēng)琴緊緊收縮于艙內(nèi)，單板厚度不足1mm，可謂薄如紙張，且單位面積重量僅為傳統(tǒng)太陽電池陣的一半。在相同發(fā)電能力下，柔性太陽電池陣的收攏體積可降低為傳統(tǒng)太陽電池陣的20%。剛性電池與柔性基板的力、熱匹配適應(yīng)性難題也被巧妙解決，確保柔性太陽電池陣安全可靠。

為保證柔性太陽電池陣結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、伸縮自如，針對太陽電池陣面對面加壓收攏的發(fā)射段力學(xué)環(huán)境要求，柔性太陽電池陣將原本“立體”的元器件“壓”成平面，有效保證了太陽電池陣表面平整度。在軌展開時(shí)，太陽翼“舒展筋骨”，緩緩向兩側(cè)展開，宛如被拉開的手風(fēng)琴，在太空中奏響航天人的美妙樂章。

薄如蟬翼 身披“鎧甲”

為解決長壽命空間環(huán)境適應(yīng)性難題，柔性基板以“絲網(wǎng)印刷”基本原理為啟發(fā)，研制自動(dòng)化設(shè)備，精確控制壓力、角度、速度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)柔性基板防護(hù)涂層自動(dòng)均勻涂覆，順利通過大劑量原子氧、高低溫、紫外等環(huán)境考核試驗(yàn)，為產(chǎn)品披上“防護(hù)鎧甲”，有效解決了空間站工程技術(shù)瓶頸問題。

超長待機(jī) 歷經(jīng)考驗(yàn)

為延長空間站在軌壽命，研制團(tuán)隊(duì)運(yùn)用多重防護(hù)手段持續(xù)對柔性太陽翼進(jìn)行評價(jià)試驗(yàn)，最終在問天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射前完成全部試驗(yàn)，驗(yàn)證太陽電池壽命可提升至15年，確?？臻g站運(yùn)行壽命實(shí)現(xiàn)“超長待機(jī)”。

空間站柔性太陽電池陣用于天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙和夢天實(shí)驗(yàn)艙的在軌運(yùn)行，是柔性三結(jié)砷化鎵太陽電池陣技術(shù)在我國航天工程領(lǐng)域的首次應(yīng)用，標(biāo)志著我國太陽電池陣技術(shù)的再一次躍升。

從第一代剛性太陽電池陣技術(shù)應(yīng)用于神舟系列載人飛船，到第二代半剛性模塊化太陽電池陣技術(shù)應(yīng)用于天舟系列貨運(yùn)飛船，再到如今第三代柔性太陽電池陣技術(shù)在空間站艙段的應(yīng)用。這對航天器的“翅膀”愈加強(qiáng)勁靈動(dòng)，飛行更加穩(wěn)健持久，空間站組合體也將在“問天之翼”的加持下行穩(wěn)致遠(yuǎn)。