三型翅膀逐日向阳揭秘空间站在轨运营的能量担当

　　图说：效果图来源上海航天技术研究院
　　随着梦天实验舱发射圆满成功，中国空间站T字构型即将亮相于世人面前。而其最有特点的标志，非空间站配置的大大小小不同的太阳翼莫属了。有趣的是，助力我国空间站遨游太空的却是三种不同的翅膀：神舟载人飞船采用刚性太阳翼、天舟货运飞船采用半刚性太阳翼、核心舱和2个实验舱采用柔性太阳翼，三款不同的太阳电池翼覆盖了目前所有太阳翼的种类。三款翅膀均由中国航天科技集团有限公司八院研制。
　　尽管造型风格迥然不同，但三款太阳翼独具特色、各有所长，它们撑起了空间站在轨运营的能源担当。据八院空间站型号副总师王治易介绍，八院始终致力于为航天器打造稳定可靠的翅膀，截至目前，已经有28套刚性太阳翼、8套半刚性太阳翼以及6套柔性太阳翼翱翔太空，为载人航天工程提供源源不断的能源。
　　刚性太阳翼：技术成熟、稳定可靠、适应性广
　　刚性太阳翼指采用碳纤维面板、铝蜂窝复合材料作为基板的太阳电池翼，刚性太阳翼一般由1至4块刚性基板组成，每块刚性基板可以根据发电功率需求进行设计，长宽一般不超过3。5米2。5米，厚度18毫米至22毫米，具有良好的刚度和强度，给电池片提供了一个豪华大床。刚性太阳翼是世界航天史上最早应用的可折叠式太阳电池翼，也是被各个航天强国广泛采用的技术方案。
　　载人航天、人命关天，从神舟飞船设计伊始，研制团队就瞄准了技术已趋于成熟的刚性太阳翼，确保实现飞船在轨运行的高可靠性和安全性。神舟飞船的太阳翼结构为碳纤维蜂窝夹层结构，展开面积为24平方米，具备高刚度、高强度等优势；且一次展开到位，飞船入轨后，刚性太阳翼可在十几秒内实现快速展开，并满足飞船的供电需求。1999年，历经近8年从无到有的技术攻关，我国第一款应用于载人航天领域的刚性太阳翼随神舟一号载人飞船的成功发射亮相太空。
　　自神舟一号开始，刚性太阳翼23年如一日服役于神舟飞船，如今已成为神舟飞船的得力干将。凭借稳定可靠的出色性能，刚性太阳翼目前已成为我国卫星领域使用最广泛的产品。
　　半刚性太阳翼：轻量化、高承载、可实现空间环境防护
　　为了可靠保证天宫飞行器电源系统高电压体系的安全性，同时为电池电路提供更好的散热环境，进一步减轻太阳电池翼的重量，天宫一号选择了当时具有世界先进水平的半刚性太阳翼作为技术方案。与刚性太阳翼一样，半刚性也具备展开方式简单、展开速度快的优势。
　　如果将刚性太阳翼比喻为乒乓球拍，那么半刚性太阳翼则是一只网球拍。因为半刚性太阳翼突破了玻璃纤维网编织技术，创造性地采用了玻璃纤维网状结构，从而具备了轻量化、高压安全性、高承载性以及空间环境的强防护性，特别是对低轨空间环境中原子氧、等离子体的防护，极大体现了半刚性太阳翼所具备的长寿命优势。
　　2011年，805所太阳翼团队成功研制国内首套低轨高压半刚性太阳翼，并首次应用于天宫一号实验室，助力天宫一号实现了在轨7年的可靠运行。值得一提的是，半刚性太阳翼在研制初期即实现了产品的全国产化。
　　柔性太阳翼：大面积、长寿命、可重复展收
　　空间站上搭载的天文、地理、生物、医学等各类科学仪器将陆续工作，同时航天员的日常生活也离不开能源，传统的刚性、半刚性太阳电池翼因其体积、重量、功率等因素的限制无法满足这一需求，而柔性翼体积小、展开面积大、功率重量比高，比如实验舱柔性翼全部收拢后厚度只有18厘米，与一部手机的长度相当，仅为刚性太阳翼的18。
　　目前，中国空间站共配备了2种规格6套大型柔性太阳翼。2021年4月29日，我国空间站的第一块积木天和核心舱率先就位，阳光下熠熠生辉的天和之翼抓人眼球，这是为我国空间站打造的首个大面积可展收柔性太阳翼。核心舱单个太阳翼展开面积67平方米，相当于一个标准单打羽毛球场的大小，可以提供9千瓦的电能。2022年问天实验舱和梦天实验舱陆续成功发射，他们各配备了2套plus版大型柔性太阳电池翼，单套太阳翼展开面积达到138平方米，单个功率高达18千瓦，4个这样的太阳电池翼就能提供空间站建成后三舱组合体80的能量，在满足舱内搭载的天文、地理、生物、医学等各类科学仪器正常运转的同时，也完全可以保证航天员在空间站中的日常生活。
　　作为一种全新的太阳电池翼，柔性翼的系统组成、展开原理、技术难点与传统刚性、半刚性太阳翼大相径庭。传统刚性、半刚性太阳翼都是一次展开，在短短十几秒内就完成所有动作；而大型柔性太阳电池翼却在全世界范围内首创二次展开技术，整个过程持续80分钟，这是为了确保交会对接这一关键动作的绝对安全。以梦天实验舱的太阳翼为例，交会对接过程中两个数十吨级的航天器，以约7。9公里秒的速度运动，需要精准地控制它们的位置、速度、姿态才能保证可靠的对接，稍有偏差航天器就会发生碰撞。如果太阳电池翼完全展开，实验舱就好比两只手各持一面巨大的帆，微小的抖动，都会导致实验舱的速度、相对位置和飞行姿态的控制精度严重下降，控制难度指数级增加。因此，八院设计团队突破了二次展开的关键技术，在实验舱发射后独立飞行阶段，柔性太阳电池翼首先展开一部分电池板以满足实验舱能量需求，可以降低飞行控制难度使得交会对接又稳又准。在对接完成后，再次完成全展开，建立完整的能源系统。
　　在整个展开过程中，数节伸展机构依次向外推出，带动太阳翼向外展开，像是一架被缓缓拉开的手风琴，在宇宙中奏响它的美妙乐章。为了实现安全可靠且一次性成功展开，八院柔性翼研制团队经过了多次方案论证，在地面进行了大量的高低温、载荷拉偏试验，从而确保了伸展机构在太空中也具备可重复展收、一气呵成的高可靠性；同时，伸展机构所具备的高刚度、高强度的特点，完全可以支撑柔性翼在飞行过程中始终保持稳定姿态，自由翱翔。
　　新民晚报记者叶薇通讯员程雷胡芳芳