10月31日，中國(guó)空間站“T”字構(gòu)型組合體的最后一個(gè)部分——夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙，順利進(jìn)入預(yù)定軌道。值得注意的是，助力中國(guó)空間站遨游太空的“翅膀”有三種：神舟載人飛船采用剛性太陽(yáng)翼、天舟貨運(yùn)飛船采用半剛性太陽(yáng)翼、核心艙和兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙采用柔性太陽(yáng)翼。
記者從航天科技(000901)集團(tuán)八院獲悉，這三款不同的太陽(yáng)電池翼各有所長(zhǎng)，基本覆蓋了目前所有的太陽(yáng)翼種類。航天八院空間站型號(hào)副總師王治易介紹，從1992年“921工程”立項(xiàng)開始，航天八院便致力于為航天器打造穩(wěn)定可靠的“翅膀”，截至目前，已經(jīng)有28套剛性太陽(yáng)翼、8套半剛性太陽(yáng)翼以及6套柔性太陽(yáng)翼翱翔太空，源源不斷地為載人航天工程(603698)提供能源。
(資料圖)
剛性太陽(yáng)翼
技術(shù)成熟、適用性廣
剛性太陽(yáng)翼指采用碳纖維面板、鋁蜂窩復(fù)合材料作為基板的太陽(yáng)電池翼。剛性太陽(yáng)翼一般由1-4塊剛性基板組成，每塊剛性基板可以根據(jù)發(fā)電功率需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，長(zhǎng)寬一般不超過、3.5米×2.5米，厚度18-22毫米，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。
從神舟飛船設(shè)計(jì)伊始，研制團(tuán)隊(duì)就瞄準(zhǔn)了技術(shù)已趨于成熟的剛性太陽(yáng)翼，確保實(shí)現(xiàn)飛船在軌運(yùn)行的高可靠性和安全性。神舟飛船的太陽(yáng)翼結(jié)構(gòu)為碳纖維蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，展開面積為24平方米，具備高剛度、高強(qiáng)度等優(yōu)勢(shì)，且一次展開到位，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，滿足飛船的供電需求。
1999年，歷經(jīng)近8年從無到有的技術(shù)攻關(guān)，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)載人飛船的成功發(fā)射亮相太空，時(shí)至今日，剛性太陽(yáng)翼已為神舟飛船服務(wù)23年。
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)
為了保證天宮飛行器電源系統(tǒng)高電壓體系的安全性，同時(shí)為電池電路提供更好的散熱環(huán)境，進(jìn)一步減輕太陽(yáng)電池翼的重量，天宮一號(hào)選擇了當(dāng)時(shí)具有世界先進(jìn)水平的半剛性太陽(yáng)翼作為技術(shù)方案。與剛性太陽(yáng)翼一樣，半剛性太陽(yáng)翼也具備展開方式簡(jiǎn)單、展開速度快的優(yōu)勢(shì)。
如果將剛性太陽(yáng)翼比喻為“乒乓球拍”，那么半剛性太陽(yáng)翼則是一只“網(wǎng)球拍”。因?yàn)榘雱傂蕴?yáng)翼突破了玻璃纖維網(wǎng)編織技術(shù)，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)，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)。
2011年，航天八院805所太陽(yáng)翼團(tuán)隊(duì)成功研制國(guó)內(nèi)首套低軌高壓半剛性太陽(yáng)翼，并首次應(yīng)用于天宮一號(hào)實(shí)驗(yàn)室，助力天宮一號(hào)實(shí)現(xiàn)了在軌7年的可靠運(yùn)行。值得一提的是，半剛性太陽(yáng)翼在研制初期即實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的全國(guó)產(chǎn)化。
柔性太陽(yáng)翼
首創(chuàng)“二次展開”技術(shù)，體積小、功率高
空間站上搭載的天文、地理、生物、醫(yī)學(xué)等各類科學(xué)儀器將陸續(xù)工作，航天員的日常生活也離不開能源，傳統(tǒng)的剛性、半剛性太陽(yáng)電池翼因體積、重量、功率等限制無法滿足這一需求，而柔性翼體積小、展開面積大、功率重量比高，比如實(shí)驗(yàn)艙柔性翼全部收攏后，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1/8。
目前，中國(guó)空間站共配備了兩種規(guī)格6套大型柔性太陽(yáng)翼。2021年4月29日，我國(guó)空間站的“第一塊積木”天和核心艙率先就位，其使用的便是為我國(guó)空間站打造的首個(gè)大面積可展收柔性太陽(yáng)翼。核心艙單個(gè)太陽(yáng)翼展開面積67平方米，相當(dāng)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單打羽毛球場(chǎng)的大小，可以提供9千瓦的電能。
作為一種全新的太陽(yáng)電池翼，柔性翼的系統(tǒng)組成、展開原理、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，在短短十幾秒內(nèi)就完成所有動(dòng)作；而大型柔性太陽(yáng)電池翼卻在全世界范圍內(nèi)首創(chuàng)“二次展開”技術(shù)，整個(gè)過程持續(xù)80分鐘，這是為了確保交會(huì)對(duì)接這一關(guān)鍵動(dòng)作的絕對(duì)安全。
今年，問天實(shí)驗(yàn)艙和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙陸續(xù)成功發(fā)射，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙各配備了兩套“plus版”大型柔性太陽(yáng)電池翼，單套太陽(yáng)翼展開面積達(dá)到138平方米，單個(gè)功率高達(dá)18千瓦，4個(gè)這樣的太陽(yáng)電池翼就能提供空間站建成后三艙組合體80%的能量，在滿足艙內(nèi)搭載的天文、地理、生物、醫(yī)學(xué)等各類科學(xué)儀器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，也完全可以保證航天員在空間站中的日常生活。
新京報(bào)記者 張建林
編輯 白爽 校對(duì) 陳荻雁
關(guān)鍵詞： 太陽(yáng)電池
