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

(相關(guān)資料圖)

問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙這對(duì)巨大的“翅膀”，就是我們所討論的問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙太陽(yáng)翼，它與天和核心艙太陽(yáng)翼一樣被稱(chēng)作柔性太陽(yáng)能帆板或柔性太陽(yáng)電池陣。這雙“翅膀”能夠?qū)⑻?yáng)能轉(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(jí)！供電能力Max

問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙太陽(yáng)翼翼展超過(guò)55米，堪比半個(gè)足球場(chǎng)。單翼展開(kāi)面積可達(dá)110平方米，相當(dāng)于一套三室一廳的公寓。太陽(yáng)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(wú)論是展開(kāi)面積還是供電能力，這對(duì)“翅膀”都達(dá)到了天和核心艙太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)電池陣技術(shù)，空間站各艙段則采用第三代柔性太陽(yáng)電池陣技術(shù)，天和核心艙是我國(guó)對(duì)柔性太陽(yáng)翼的首次應(yīng)用，這項(xiàng)技術(shù)在問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙的應(yīng)用中又有嶄新突破。

二次展開(kāi)！防振技術(shù)Max

正因?yàn)橛辛诉@對(duì)超大“翅膀”，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙前去與核心艙對(duì)接就好像在“放著風(fēng)箏開(kāi)車(chē)”，太陽(yáng)翼的振動(dòng)會(huì)影響航天器在對(duì)接過(guò)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(duì)接，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙太陽(yáng)翼采用了二次展開(kāi)方案，初次展開(kāi)長(zhǎng)度約為6.5米，與天和核心艙前向?qū)雍笤俣瓮耆归_(kāi)，在使用結(jié)構(gòu)濾波器的同時(shí)利用脈寬調(diào)制對(duì)太陽(yáng)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(yáng)翼振動(dòng)對(duì)交會(huì)對(duì)接任務(wù)的影響，讓其在太空中“平穩(wěn)翱翔”。

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

對(duì)日定向！能量收集Max

想要驅(qū)動(dòng)起這兩副柔性太陽(yáng)翼在太空中流暢“劃圈”，讓它們可以全天候接收到來(lái)自太陽(yáng)光的照射，并非易事。如果想象我們單手拿一把27米長(zhǎng)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(duì)日定向裝置就相當(dāng)于我們的手腕，它需要帶動(dòng)太陽(yáng)翼持續(xù)旋轉(zhuǎn)、穩(wěn)定對(duì)日。

太陽(yáng)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(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙的這對(duì)太陽(yáng)能帆板能以最佳角度面向太陽(yáng)，避免飛行過(guò)程中被其他艙段遮擋陽(yáng)光。空間站在軌建造完成后，天和核心艙的一個(gè)太陽(yáng)帆板將轉(zhuǎn)移到問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙資源艙的尾部。屆時(shí)，問(wèn)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(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙太陽(yáng)翼還有哪些特點(diǎn)和技術(shù)突破？我們具體來(lái)了解下↓↓↓

太空發(fā)電站 能量爆表

問(wèn)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(yáng)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(yáng)翼光電轉(zhuǎn)換效率突破30%，這一優(yōu)異性能令傳統(tǒng)太陽(yáng)翼望塵莫及。天和、問(wèn)天、夢(mèng)天三艙組合后，太陽(yáng)電池陣總發(fā)電面積接近400m2，總共可提供超過(guò)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(yáng)翼變得輕盈靈巧。在發(fā)射過(guò)程中，柔性太陽(yáng)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?jī)H為傳統(tǒng)太陽(yáng)電池陣的一半。在相同發(fā)電能力下，柔性太陽(yáng)電池陣的收攏體積可降低為傳統(tǒng)太陽(yáng)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(yáng)電池陣安全可靠。

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

薄如蟬翼 身披“鎧甲”

為解決長(zhǎng)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(guò)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(wèn)題。

超長(zhǎng)待機(jī) 歷經(jīng)考驗(yàn)

為延長(zhǎng)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(duì)柔性太陽(yáng)翼進(jìn)行評(píng)價(jià)試驗(yàn)，最終在問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射前完成全部試驗(yàn)，驗(yàn)證太陽(yáng)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(zhǎng)待機(jī)”。

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

從第一代剛性太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)電池陣技術(shù)在空間站艙段的應(yīng)用。這對(duì)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(wèn)天之翼”的加持下行穩(wěn)致遠(yuǎn)。