飞天圆梦丨解码梦天之太空发电站

来源：央视网

10月31日梦天实验舱成功发射，这次飞天，代表中国空间站的建造进入收官阶段，今天我们将继续解读梦天实验舱，聊一聊空间站上的太阳翼。

梦天实验舱在完成和空间站的对接之后，空间站就会完成三舱的在轨建造。太阳翼在空间站上一共有三种类型，神舟载人飞船采用的是刚性太阳翼，天舟货运飞船采用的是半刚性太阳翼，天和核心舱、问天实验舱以及梦天实验舱采用的则是柔性太阳翼，三款太阳翼风格不同，各有所长共同撑起了空间站在轨运营的能源担当。

刚性太阳翼：技术成熟、稳定可靠、适应性广

刚性太阳翼采用的是碳纤维的面板，铝蜂窝的复合材料作为基板的太阳电池翼。刚性太阳翼具有非常好的刚度和强度，所以在载人航天神舟飞船设计开始，研制团队就选择了国际上技术最成熟的刚性太阳翼，确保载人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是碳纤维蜂窝夹层结构，展开面积为24平方米，具备高强度、高刚度的优势。并可在十几秒内快速展开，做到一次展开到位，迅速满足飞船的供电需求。

在历经了8年的技术攻关后，1999年我国第一款应用于载人航天领域的刚性太阳翼，就伴随着神舟一号载人飞船的成功发射亮相太空，近些年来刚性太阳翼凭借其稳定可靠的出色性能，目前已经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

如果把刚性太阳翼比喻成乒乓球拍，半刚性太阳翼就是一只网球拍，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的网状结构，从而具备了轻量化、高承载性以及空间环境的强防护性，特别是对低轨空间中原子氧、等离子体的保护，极大体现了半刚性太阳翼所具备的长寿命优势。

在2011年国内首套低轨高压半刚性太阳翼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。

柔性太阳翼：大面积、柔性、长寿命、高可靠、可重复展收

空间站上搭载着各种各样的设备，同时还要满足航天员的在轨生活需求，因此空间站对于能源供应的需求非常迫切。传统的刚性太阳翼与半刚性太阳翼体积大、重量大、功率不足，这些因素就限制了空间站对于电能的需求。而柔性太阳翼体积小、展开面积大、功率重量比高。比如问天实验舱与梦天实验舱的柔性太阳翼，它在全部收拢后厚度只有18厘米，和一部手机的长度差不多，仅仅是刚性太阳翼厚度的1/8。

目前中国空间站配备了两种规格六套大型柔性太阳翼。在2021年4月29日，我国空间站第一块“积木”——天和核心舱率先就位，熠熠生辉的“天和之翼”首次亮相太空，这就是我国为空间站打造的首个大面积可展收柔性太阳翼。

核心舱的单个太阳翼展开面积是67平方米，相当于一个标准单打羽毛球场大小，可提供9000瓦电能，问天实验舱与梦天实验舱各配备了两套plus版的大型柔性太阳电池翼，单套太阳翼展开面积可达138平方米，单个功率高达18千瓦，四个柔性太阳翼就能提供空间站百分之八十的能量。

柔性太阳翼的展开方式和刚性、半刚性太阳翼一次性十几秒快速展开的方式不同，由于在对接过程中，数十吨的航天器是以低宇宙速度来运行的，需要非常精准地控制它们的位置，稍有偏差航天器就容易发生碰撞。在太阳翼完全展开后，实验舱就好比两只手，各抓住一个巨大的帆，对于稳定性的影响非常大。所以为了降低风险系数，我国柔性太阳翼在全世界范围内首次实行了“二次展开”技术，整个过程持续时间为80分钟，这是为了确保交会对接这一个关键动作的绝对安全。

硬核科普空间站大型对日定向装置

在太阳翼运行过程中还会涉及到另外一个非常重要的装置——对日定向装置。

我国空间站每天绕地球16圈左右，为了确保太阳翼发电效率最大化，就需要时刻调整太阳翼姿态，使它尽量以90度的垂直角度对准太阳，实现这一功能的就是对日定向装置。

对日定向装置拥有两种旋转的角度，一个α（阿尔法）角度，实现大范围的转动，还有一个β（贝塔）角度，实现太阳翼帆板的微小的调姿，从而使太阳翼可以像向日葵一样永远正对太阳。

太极宗师系统：大柔性高稳定伺服控制系统

除了对得准，更难的是如何将这么大、这么软的太阳翼控制平稳。单个实验舱的太阳翼双侧展开后的总面积为276平方米，但却只有打印纸这么软，任何的轻微振动都能让它晃晃悠悠摆动。因此“大柔性高稳定伺服控制系统”应运而生，这套为对日定向装置量身打造的控制方案，让太阳翼能够“长袖善舞”，实现对太阳的稳定跟踪控制。

更厉害的是，当太阳翼受到外界干扰而导致抖动时，对日定向装置的控制系统就能非常灵敏地察觉，并进行“快速安抚”，就像“太极推手”一样化有形于无形，在不到30秒的时间内，将太阳翼弹性振动能量及时耗散，给空间站“稳稳的幸福”。