中國(guó)空間站的三種“翅膀”

程雷 胡芳芳

中國(guó)空間站能夠長(zhǎng)時(shí)間遨游太空，三種類(lèi)型的“翅膀”——太陽(yáng)電池翼作用很關(guān)鍵，你瞧：

神舟載人飛船采用的是剛性太陽(yáng)翼；

天舟貨運(yùn)飛船采用的是半剛性太陽(yáng)翼；

核心艙和夢(mèng)天、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙采用的是柔性太陽(yáng)翼。

它們一起在太空迎光翱翔，成為空間站在軌運(yùn)營(yíng)的“能量擔(dān)當(dāng)”。

神舟十五號(hào)載人飛船對(duì)接前，中國(guó)空間站T字基本構(gòu)型示意圖

神舟飛船一側(cè)的太陽(yáng)翼

剛性太陽(yáng)翼技術(shù)成熟、穩(wěn)定可靠、適應(yīng)性廣

剛性太陽(yáng)翼、半剛性太陽(yáng)翼、柔性太陽(yáng)翼是目前所有太陽(yáng)翼的種類(lèi)。它們?cè)煨惋L(fēng)格不同，但各具特色、各有所長(zhǎng)。

剛性太陽(yáng)翼是指采用碳纖維面板、鋁蜂窩復(fù)合材料作為基板的太陽(yáng)電池翼，具有良好的剛度和強(qiáng)度，給電池片提供了一個(gè)“豪華大床”。

剛性太陽(yáng)翼是世界航天史上最早應(yīng)用的可折疊式太陽(yáng)電池翼，也是被各個(gè)航天強(qiáng)國(guó)廣泛采用的技術(shù)方案。神舟飛船的太陽(yáng)翼展開(kāi)面積24 平方米，具備高剛度、高強(qiáng)度等優(yōu)勢(shì)；飛船入軌后，剛性太陽(yáng)翼可在十幾秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速展開(kāi)，且一次展開(kāi)到位，滿(mǎn)足飛船的供電需求。

歷經(jīng)從無(wú)到有的技術(shù)攻關(guān)，1999年，我國(guó)第一款應(yīng)用于載人航天領(lǐng)域的剛性太陽(yáng)翼隨神舟一號(hào)飛船的成功發(fā)射亮相太空。自神舟一號(hào)飛船開(kāi)始，剛性太陽(yáng)翼23 年如一日“服役”于神舟飛船，如今已成為神舟飛船的“得力干將”。憑借穩(wěn)定可靠的出色性能，剛性太陽(yáng)翼目前已成為我國(guó)衛(wèi)星領(lǐng)域使用最廣泛的產(chǎn)品。

半剛性太陽(yáng)翼 輕量化、高承載、可實(shí)現(xiàn)空間環(huán)境防護(hù)

如果將剛性太陽(yáng)翼比喻為“乒乓球拍”，那么半剛性太陽(yáng)翼則像“網(wǎng)球拍”。

半剛性太陽(yáng)翼創(chuàng)造性地采用了玻璃纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而具備了輕量化、高壓安全性、高承載性以及空間環(huán)境的強(qiáng)防護(hù)性，特別是對(duì)低軌空間環(huán)境中原子氧、等離子體的防護(hù)性較強(qiáng)，極大體現(xiàn)了半剛性太陽(yáng)翼所具備的長(zhǎng)壽命優(yōu)勢(shì)。與剛性太陽(yáng)翼一樣，半剛性也具備展開(kāi)方式簡(jiǎn)單、展開(kāi)速度快的優(yōu)勢(shì)。

2011 年，國(guó)內(nèi)首套低軌高壓半剛性太陽(yáng)翼首次應(yīng)用于天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器，助力天宮一號(hào)實(shí)現(xiàn)了在軌多年的可靠運(yùn)行。

柔性太陽(yáng)翼 大面積、柔性、長(zhǎng)壽命、高可靠、可重復(fù)展收

中國(guó)空間站三個(gè)主要艙段上的柔性太陽(yáng)翼，突破了剛性太陽(yáng)翼和半剛性太陽(yáng)翼在體積、重量、功率上的限制，具備體積小、展開(kāi)面積大、功率重量比高的優(yōu)勢(shì)，且薄如衣服，收攏后厚度只有18 厘米，與一部手機(jī)的長(zhǎng)度相當(dāng)，僅為剛性太陽(yáng)翼的八分之一。

目前，中國(guó)空間站共配備了2 種規(guī)格6 套大型柔性太陽(yáng)翼。天和核心艙上的柔性太陽(yáng)翼是空間站首個(gè)大面積可展收柔性太陽(yáng)翼。問(wèn)天、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙各配備了2 套大型柔性太陽(yáng)翼，單套展開(kāi)面積達(dá)到138 平方米，單個(gè)功率高達(dá)18 千瓦，整個(gè)太陽(yáng)翼日發(fā)電量可達(dá)近1000 度，能為三艙組合體提供80% 的能量。

作為一種全新的太陽(yáng)電池翼，柔性太陽(yáng)翼的系統(tǒng)組成、展開(kāi)原理、技術(shù)難點(diǎn)與傳統(tǒng)剛性、半剛性太陽(yáng)翼大相徑庭。傳統(tǒng)剛性、半剛性太陽(yáng)翼都是一次展開(kāi)，在短短十幾秒內(nèi)就完成所有動(dòng)作；大型柔性太陽(yáng)翼則在全世界范圍內(nèi)首創(chuàng)“二次展開(kāi)”技術(shù)，整個(gè)過(guò)程持續(xù)80 分鐘。

實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射后獨(dú)立飛行階段，柔性太陽(yáng)翼首先展開(kāi)一部分電池板以滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)艙能量需求，可以降低飛行控制難度，使得交會(huì)對(duì)接又穩(wěn)又準(zhǔn)，在交會(huì)對(duì)接完成后全部展開(kāi)，建立完整的能源系統(tǒng)。

編后語(yǔ)：

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（本文摘編自中國(guó)航天科技集團(tuán)微信公眾號(hào)，本欄目合作單位：中國(guó)載人航天工程網(wǎng)http：//www.cmse.gov.cn/）