太陽翼是航太器主要的發電設備，太陽翼展開到位是航太器發射成功的重要判斷依據之一。

徐鳴

　　最近，中國空間站成功運作吸引了全世界的目光。其中，天和核心艙的“翅膀”引發國內外廣泛關注，這是中國首次採用柔性太陽翼作為航太器的能量來源。什麼是太陽翼？你知道這對“翅膀”耗資上億元嗎？

　　通常，太陽翼由多塊太陽電池板（基板、太陽電池等）、展開機構以及讓太陽翼旋轉的環節等組成，發電原理是光伏效應。今天，地面光伏産品已經可以做到價格很實惠了，太陽翼咋還這麼貴呢？

　　這是因為太陽翼暴露在太空環境中，需要一直正對著太陽，高低溫差可達290℃。此外，太空還存在質子、電子輻射以及全譜段紫外線輻照，這些輻照環境會讓材料變性、發黑、老化等，使太陽翼供電性能下降。地面光伏産品通常採用的是單晶矽、多晶硅電池等，其材料以及制備工藝都很難滿足太陽翼如此苛刻的空間環境需求。

　　為了應對復雜的太空環境，當前大部分太陽翼都採用轉換效率高、抗輻照性能好的三結砷化鎵電池，其原材料主要為鍺、銀、金等貴金屬，價格也就格外昂貴，一片8平方釐米的三結砷化鎵電池大概需要1000元。天和核心艙的“雙翼”有134平方米，可以大概估算這對“翅膀”耗費上億元。

　　太陽翼是航太器主要的發電設備，太陽翼展開到位是航太器發射成功的重要判斷依據之一。所以你會看到，電視直播裏當説到某航太器的太陽翼展開正常時，發射大廳裏的工作人員會熱烈鼓掌。

　　實際上，太陽翼經歷了漫長的進化過程。1958年，美國成功發射的先鋒1號衛星，太陽陣總功率大概才1瓦，到1998年，國際空間站的單翼功率約30千瓦。從幾瓦到幾萬瓦，是什麼概念呢？前者僅能勉強點亮一個LED燈泡，後者可以支援30個烤箱同時工作。當然，功率需求猛增的同時也對太陽翼提出了結構剛度更高、品質更小的要求。

　　通俗地説，根據承載電池片的“板子”（基板），可以把太陽翼分成剛性、半剛性和柔性太陽翼三類。剛性可以理解為“硬”，不易發生變形。剛性太陽翼由于“板子”比較厚，整體“塊頭”就比較大，會影響航太器的正常發射，半剛性太陽翼也類似，因此就催生了體積可大幅縮小的柔性太陽翼。

　　柔性太陽翼一般採用不到1毫米厚的柔性薄膜結構作為“板子”，收攏體積更小，品質更小，因此，天和核心艙的“雙翼”展開有134平方米，收攏後僅為一本書的厚度。

　　得益于航太技術和材料的進步，太陽翼研制成本目前已得到有效控制。中國太陽翼的自研起步相對較晚，始于上世紀70年代，但發展十分迅速。此外，商業航太企業的入局將有助于進一步降低産品成本，推動太陽翼制造技術及性能提高。

　　在過去兩年時間裏，一些商業航太企業也在對太陽翼進行一係列低成本批産的探索，比如，採用高轉換效率三結砷化鎵太陽電池片及輕質碳纖維面板的組合，以實現太陽翼的低成本化。在平板衛星的研發中，為了實現一箭多星發射目標，最大化壓縮整星收攏厚度，一些企業也試圖採用先進的柔性太陽翼方案。

　　今天，中國已發射的柔性太陽翼的航太器僅有天和核心艙一例，而商業航太衛星使用柔性太陽翼，將是一次有意義的嘗試，希望可以使昂貴的“翅膀”變得更好用且便宜。

來源：2021年7月28日出版的《環球》雜志 第15期

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