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2022 08/ 15 19:36:59
來源:中國載人航太微信公號

鯤鵬展翅!一雙“問天之翼”有何獨特之處?

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        近日,有網友拍攝了一段中國空間站過境畫面,問天實驗艙就位後的空間站組合體張開它寬大的雙翼正在遨遊天際。那麼,問天實驗艙的這雙“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。

        問天實驗艙這對巨大的“翅膀”,就是我們所討論的問天實驗艙太陽翼,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”能夠將太陽能轉化為電能,是航太器執行任務時必不可少的“能量之源”。

        技術升級!供電能力Max

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

        此前,神舟係列載人飛船採用了第一代剛性太陽電池陣技術,天舟係列貨運飛船採用了第二代半剛性模組化太陽電池陣技術,空間站各艙段則採用第三代柔性太陽電池陣技術,天和核心艙是我國對柔性太陽翼的首次應用,這項技術在問天實驗艙的應用中又有嶄新突破。

        二次展開!防振技術Max

        正因為有了這對超大“翅膀”,問天實驗艙前去與核心艙對接就好像在“放著風箏開車”,太陽翼的振動會影響航太器在對接過程中的控制精度和穩定度。因此,為了盡量避免産生自激振蕩等現象幹擾對接,問天實驗艙太陽翼採用了二次展開方案,初次展開長度約為6.5米,與天和核心艙前向對接後再二次完全展開,在使用結構濾波器的同時利用脈寬調制對太陽翼的振動進行控制,以“四兩撥千斤”的方式,盡可能減少柔性太陽翼振動對交會對接任務的影響,讓其在太空中“平穩翱翔”。

        柔性太陽翼的展開過程不同于傳統的剛性、半剛性太陽翼。首先,柔性太陽翼通過火工品爆炸進行解鎖,將緊壓在艙臂上的太陽翼抬升並側展。隨後,將捆綁太陽翼的“繩子”松開,即“約束釋放”。最後,通過電機的控制將太陽翼慢慢向外伸展,這個過程倣佛是在“擰螺絲”,最終使太陽翼完全展開。

        對日定向!能量收集Max

        想要驅動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,並非易事。如果想像我們單手拿一把27米長的“芭蕉扇”,並以手腕為圓心做360°旋轉,這就需要我們的手腕具有很強的承重能力和轉動力量。而實驗艙上的對日定向裝置就相當于我們的手腕,它需要帶動太陽翼持續旋轉、穩定對日。

        太陽翼採用了雙軸控制,在艙體姿態不做調整的情況下,就能隨時調整朝向。在太空運作中,問天實驗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。空間站在軌建造完成後,天和核心艙的一個太陽帆板將轉移到問天實驗艙資源艙的尾部。屆時,問天實驗艙將成為名副其實的“主發電站”,為組合體源源不斷地供電送能。

        問天實驗艙太陽翼還有哪些特點和技術突破?我們具體來了解下↓↓↓

        太空發電站 能量爆表

        問天實驗艙兩扇巨大的“翅膀”上,鋪有許多深色玻璃般的“小鏡”,每一個“小鏡”宛如一座太空“發電站”,經串聯、並聯後組成太陽電池陣,能夠産生較高的電壓和較大的電流,為航太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換效率突破30%,這一優異性能令傳統太陽翼望塵莫及。天和、問天、夢天三艙組合後,太陽電池陣總發電面積接近400m2,總共可提供超過80kW的電能,為航太器注入的能量再創新高。

        輕盈靈巧 伸縮自如

        獨特的設計結構讓柔性太陽翼變得輕盈靈巧。在發射過程中,柔性太陽翼起初宛如合攏的手風琴緊緊收縮于艙內,單板厚度不足1mm,可謂薄如紙張,且單位面積重量僅為傳統太陽電池陣的一半。在相同發電能力下,柔性太陽電池陣的收攏體積可降低為傳統太陽電池陣的20%。剛性電池與柔性基板的力、熱匹配適應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構穩定、伸縮自如,針對太陽電池陣面對面加壓收攏的發射段力學環境要求,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,太陽翼“舒展筋骨”,緩緩向兩側展開,宛如被拉開的手風琴,在太空中奏響航太人的美妙樂章。

        薄如蟬翼 身披“鎧甲”

        為解決長壽命空間環境適應性難題,柔性基板以“絲網印刷”基本原理為啟發,研制自動化設備,精確控制壓力、角度、速度等參數,實現柔性基板防護涂層自動均勻涂覆,順利通過大劑量原子氧、高低溫、紫外等環境考核子試驗,為産品披上“防護鎧甲”,有效解決了空間站工程技術瓶頸問題。

        超長待機 歷經考驗

        為延長空間站在軌壽命,研制團隊運用多重防護手段持續對柔性太陽翼進行評價試驗,最終在問天實驗艙發射前完成全部試驗,驗證太陽電池壽命可提升至15年,確保空間站運作壽命實現“超長待機”。

        空間站柔性太陽電池陣用于天和核心艙、問天實驗艙和夢天實驗艙的在軌運作,是柔性三結砷化鎵太陽電池陣技術在我國航太工程領域的首次應用,標誌著我國太陽電池陣技術的再一次躍升。

        從第一代剛性太陽電池陣技術應用于神舟係列載人飛船,到第二代半剛性模組化太陽電池陣技術應用于天舟係列貨運飛船,再到如今第三代柔性太陽電池陣技術在空間站艙段的應用。這對航太器的“翅膀”愈加強勁靈動,飛行更加穩健持久,空間站組合體也將在“問天之翼”的加持下行穩致遠。

 

【糾錯】 【責任編輯:滿旭蕊 】
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