复合材料柔性太阳电池翼助“天和”星际翱翔 为中国梦插上翅膀
来源：文汇报 2021-04-30 11:58:14
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文章关键词： 复合材料 柔性 太阳电池翼 天和原文：http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-246-10772.html 4月29日，海南文昌航天发射场。长征五号B运载火箭成功将我国空间站天和核心舱送入预定轨道，这是中国空间站建设的“首站”。
空间站副总指挥甘克力介绍，在核心舱的研制任务中，中国航天科技集团有限公司第八研究院承担了电源分系统、对接与转位机构分系统、测控通信产品、资源舱结构与总装及电缆网研制任务。其中，电源分系统作为整个核心舱任务的四大关键技术之一，充当着未来空间站“太空电站”的作用。空间站副总设计师罗斌告诉记者，柔性太阳翼集合了大面积轻量化、重复展收高可靠、低轨10年在轨长寿命、刚柔并济高承载等四大全新技术。
大面积、轻量化：“单翼展开达67平方米，收拢后却只有一本书的厚度”
天和核心舱首次采用了大面积可展收柔性太阳电池翼，双翼展开面积可达134平方米，这是我国首次采用柔性太阳翼作为航天器的能量来源。与传统刚性、半刚性的太阳电池翼相比，柔性翼体积小、展开面积大、功率重量比高，单翼即可为空间站提供9千瓦的电能，在满足舱内所有设备正常运转的同时，也完全可以保证航天员在空间站中的日常生活。
比起传统的刚性、半刚性太阳翼，柔性翼全部收拢后只有一本书的厚度，仅为刚性太阳翼的1/15。基板采用超薄型轻质复合材料，对用来防护空间环境的胶层的涂覆厚度也进行了严格控制。
可重复展收高可靠：太空广播体操展筋骨
对于飞行器来说，搭载运载火箭成功进入预定轨道仅仅是“行百里路半九十”，太阳翼的成功在轨展开才是任务圆满成功的重要标志。对于核心舱来说，柔性翼能否成功展开直接关系到空间站任务的成败。
核心舱太阳翼采用了6台有源机构三维五步展开，展开过程持续40分钟。形象地说，它通过一组 “太空广播体操”舒展筋骨，开启了在轨10年的运行：首先，15发火工品“热身运动”起爆，解除太阳翼与小柱段舱壁的固定，紧接着抬升机构“俯仰运动”将太阳翼从舱壁上立起，随后，展开锁定机构“扩胸运动”将两个太阳电池阵向两侧展开，约束释放机构“转体运动”解除收藏箱的约束，最后伸展机构“伸展运动”带动太阳电池翼完全展开。每个规定动作都经过大量的地面验证试验，确保姿势标准、娴熟流畅。
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，如梦如幻。为了实现安全可靠且一次性成功展开，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。
10年低轨长寿命：百万次试验确保万无一失
核心舱作为我国寿命设计要求最长的一个飞行器，10年的在轨飞行对所有产品的长寿命提出了最高要求。太阳翼作为舱外产品，要面对的空间环境极其恶劣，除了需要经历88000次±100℃的高低温循环外，还要经受低轨环境中原子氧、等离子体、紫外辐照、电离辐照等多种空间环境的考验。为了使太阳电池翼具有良好的空间环境适应性，805所柔性太阳电池翼研制团队开展了3年多的方案论证和比较工作，集合了国内相关行业的顶级专家，总结出了5项影响太阳翼长寿命的关键攻关项目，并经过大量的地面模拟长寿命测试。
比如，太阳翼上的张紧机构。可不要小看这根简单的钢丝绳，它是一套恒力弹簧绳索系统，通过它的不断伸缩才能保证太阳翼在高低温环境下的足够刚度以及姿态控制。张紧机构的寿命试验要求是88000次，但为了确保它在10年的在轨工况中“张弛有度，收放自如”且“万无一失”，团队历经多年攻关,地面完成了40万次热真空疲劳寿命试验、100万次常温常压寿命试验，充分验证了产品的高可靠、长寿命。
刚柔并济高承载：可承受自身重量数倍的振动载荷
航天器发射过程中要经历火箭上行段的加速度载荷，作为安装在核心舱小柱段的“先行军”，柔性太阳翼受到的加速度载荷可达到它自身重量的数倍；更严酷的是火箭发射过程并非是单一的加速度，而是以一种随机振动的形式传递到航天器。在这个过程中，太阳电池翼必须要克服发射段的载荷，保证在振动过程中电池片之间不发生碰撞、碎裂。柔性翼通过两块刚性收藏箱施加约束力，使基板形成一个紧密的整体，从而完美地保护了太阳电池片之间不会因相互碰撞而碎裂。
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