鲲鹏展翅!一双“问天之翼”有何独特之处?
发布时间:2022-08-15 15:09:49 来源:中国载人航天

近日,有网友拍摄了一段中国空间站过境画面,问天实验舱就位后的空间站组合体张开它宽大的双翼正在遨游天际。那么,问天实验舱的这双“翅膀”究竟有何过人之处?

问天实验舱这对巨大的“翅膀”,就是我们所讨论的问天实验舱太阳翼,它与天和核心舱太阳翼一样被称作柔性太阳能帆板或柔性太阳电池阵。这双“翅膀”能够将太阳能转化为电能,是航天器执行任务时必不可少的“能量之源”。

技术升级!供电能力Max

问天实验舱太阳翼翼展超过55米,堪比半个足球场。单翼展开面积可达110平方米,相当于一套三室一厅的公寓。太阳翼配置的柔性三结砷化镓电池,供电能力在32kW以上,一天发电量足够一个普通家庭使用一个半月。无论是展开面积还是供电能力,这对“翅膀”都达到了天和核心舱太阳翼的两倍之多。

此前,神舟系列载人飞船采用了第一代刚性太阳电池阵技术,天舟系列货运飞船采用了第二代半刚性模块化太阳电池阵技术,空间站各舱段则采用第三代柔性太阳电池阵技术,天和核心舱是我国对柔性太阳翼的首次应用,这项技术在问天实验舱的应用中又有崭新突破。

二次展开!防振技术Max

正因为有了这对超大“翅膀”,问天实验舱前去与核心舱对接就好像在“放着风筝开车”,太阳翼的振动会影响航天器在对接过程中的控制精度和稳定度。因此,为了尽量避免产生自激振荡等现象干扰对接,问天实验舱太阳翼采用了二次展开方案,初次展开长度约为6.5米,与天和核心舱前向对接后再二次完全展开,在使用结构滤波器的同时利用脉宽调制对太阳翼的振动进行控制,以“四两拨千斤”的方式,尽可能减少柔性太阳翼振动对交会对接任务的影响,让其在太空中“平稳翱翔”。

柔性太阳翼的展开过程不同于传统的刚性、半刚性太阳翼。首先,柔性太阳翼通过火工品爆炸进行解锁,将紧压在舱臂上的太阳翼抬升并侧展。随后,将捆绑太阳翼的“绳子”松开,即“约束释放”。最后,通过电机的控制将太阳翼慢慢向外伸展,这个过程仿佛是在“拧螺丝”,最终使太阳翼完全展开。

对日定向!能量收集Max

想要驱动起这两副柔性太阳翼在太空中流畅“划圈”,让它们可以全天候接收到来自太阳光的照射,并非易事。如果想象我们单手拿一把27米长的“芭蕉扇”,并以手腕为圆心做360°旋转,这就需要我们的手腕具有很强的承重能力和转动力量。而实验舱上的对日定向装置就相当于我们的手腕,它需要带动太阳翼持续旋转、稳定对日。

太阳翼采用了双轴控制,在舱体姿态不做调整的情况下,就能随时调整朝向。在太空运行中,问天实验舱的这对太阳能帆板能以最佳角度面向太阳,避免飞行过程中被其他舱段遮挡阳光。空间站在轨建造完成后,天和核心舱的一个太阳帆板将转移到问天实验舱资源舱的尾部。届时,问天实验舱将成为名副其实的“主发电站”,为组合体源源不断地供电送能

问天实验舱太阳翼还有哪些特点和技术突破?我们具体来了解下↓↓↓

太空发电站 能量爆表

问天实验舱两扇巨大的“翅膀”上,铺有许多深色玻璃般的“小镜”,每一个“小镜”宛如一座太空“发电站”,经串联、并联后组成太阳电池阵,能够产生较高的电压和较大的电流,为航天器源源不断提供能量。用于空间站舱段的柔性太阳翼光电转换效率突破30%,这一优异性能令传统太阳翼望尘莫及。天和、问天、梦天三舱组合后,太阳电池阵总发电面积接近400m2,总共可提供超过80kW的电能,为航天器注入的能量再创新高。

轻盈灵巧 伸缩自如

独特的设计结构让柔性太阳翼变得轻盈灵巧。在发射过程中,柔性太阳翼起初宛如合拢的手风琴紧紧收缩于舱内,单板厚度不足1mm,可谓薄如纸张,且单位面积重量仅为传统太阳电池阵的一半。在相同发电能力下,柔性太阳电池阵的收拢体积可降低为传统太阳电池阵的20%。刚性电池与柔性基板的力、热匹配适应性难题也被巧妙解决,确保柔性太阳电池阵安全可靠。

为保证柔性太阳电池阵结构稳定、伸缩自如,针对太阳电池阵面对面加压收拢的发射段力学环境要求,柔性太阳电池阵将原本“立体”的元器件“压”成平面,有效保证了太阳电池阵表面平整度。在轨展开时,太阳翼“舒展筋骨”,缓缓向两侧展开,宛如被拉开的手风琴,在太空中奏响航天人的美妙乐章。

薄如蝉翼 身披“铠甲”

为解决长寿命空间环境适应性难题,柔性基板以“丝网印刷”基本原理为启发,研制自动化设备,精确控制压力、角度、速度等参数,实现柔性基板防护涂层自动均匀涂覆,顺利通过大剂量原子氧、高低温、紫外等环境考核试验,为产品披上“防护铠甲”,有效解决了空间站工程技术瓶颈问题。

超长待机 历经考验

为延长空间站在轨寿命,研制团队运用多重防护手段持续对柔性太阳翼进行评价试验,最终在问天实验舱发射前完成全部试验,验证太阳电池寿命可提升至15年,确保空间站运行寿命实现“超长待机”。

空间站柔性太阳电池阵用于天和核心舱、问天实验舱和梦天实验舱的在轨运行,是柔性三结砷化镓太阳电池阵技术在我国航天工程领域的首次应用,标志着我国太阳电池阵技术的再一次跃升。

从第一代刚性太阳电池阵技术应用于神舟系列载人飞船,到第二代半刚性模块化太阳电池阵技术应用于天舟系列货运飞船,再到如今第三代柔性太阳电池阵技术在空间站舱段的应用。这对航天器的“翅膀”愈加强劲灵动,飞行更加稳健持久,空间站组合体也将在“问天之翼”的加持下行稳致远。

编辑:任闪

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