中新網上海4月29日電 題:天和核心艙工作10年電源如何續(xù)?揭秘中國“太空電站”
作者 郭超凱 鄭瑩瑩 程雷
4月29日,隨著長征五號B運載火箭將中國空間站天和核心艙順利送入太空,中國空間站拉開建造大幕。天和核心艙的設計壽命為10年,如何保證核心艙順利工作10年甚至更長時間?電源分系統(tǒng)作為關鍵技術之一,充當著未來中國空間站“太空電站”的作用。
中國航天科技集團八院的空間站副總設計師羅斌介紹,核心艙柔性太陽翼集合了大面積輕量化、重復展收高可靠、低軌10年在軌長壽命、剛柔并濟高承載等四大全新技術,將為天和核心艙提供充足電源。
大面積、輕量化:“收攏后只有一本書厚度”
天和核心艙首次采用了大面積可展收柔性太陽電池翼,雙翼展開面積可達134平方米,這是中國首次采用柔性太陽翼作為航天器的能量來源。
與傳統(tǒng)剛性、半剛性的太陽電池翼相比,柔性翼體積小、展開面積大、功率重量比高,單翼即可為空間站提供9KW(千瓦)的電能,在滿足艙內所有設備正常運轉的同時,也完全可以保證航天員在空間站中的日常生活。
比起傳統(tǒng)的剛性、半剛性太陽翼,柔性翼全部收攏后只有一本書的厚度,僅為剛性太陽翼的1/15。
可重復展收:太空“廣播體操”展筋骨
對于航天器來說,搭載運載火箭成功進入預定軌道僅僅是“行百里者半于九十”,太陽翼的成功在軌展開,才是任務成功的重要標志。對于核心艙來說,柔性翼能否成功展開直接關系到空間站任務的成敗。
核心艙太陽翼采用了6臺有源機構三維五步展開,展開過程持續(xù)40分鐘。形象地說,它通過一組“太空廣播體操”舒展筋骨,開啟了在軌10年的運行。
展開過程中,數節(jié)伸展機構依次向外推出,帶動太陽翼向外展開,像是一架被緩緩拉開的手風琴,在宇宙中奏響它的樂章。同時,伸展機構所具備的高剛度、高強度的特點,可以支撐柔性翼在飛行過程中始終保持穩(wěn)定姿態(tài)。
10年長壽命:百萬次試驗確保萬無一失
10年在軌飛行,對天和核心艙如何實現“長壽命”提出了高要求。太陽翼作為艙外產品,要面對的空間環(huán)境極其惡劣,除了需要經歷88000次±100℃的高低溫循環(huán)外,還要經受低軌環(huán)境中原子氧、等離子體、紫外輻照、電離輻照等多種空間環(huán)境的考驗。
為了使太陽電池翼具有良好的空間環(huán)境適應性,中國航天科技集團八院805所的柔性太陽電池翼研制團隊開展了3年多的方案論證和比較工作,總結出了5項影響太陽翼長壽命的關鍵攻關項目,并經過大量的地面模擬長壽命測試。
比如,太陽翼上的張緊機構。可不要小看這根簡單的“鋼絲繩”,它是一套恒力彈簧繩索系統(tǒng),通過它的不斷伸縮才能保證太陽翼在高低溫環(huán)境下的足夠剛度以及姿態(tài)控制。
張緊機構的壽命試驗要求是88000次,但為了確保它在10年的在軌工況中“張弛有度,收放自如”且“萬無一失”,團隊歷經多年攻關,地面完成了40萬次熱真空疲勞壽命試驗、100萬次常溫常壓壽命試驗,充分驗證產品的高可靠、長壽命。
剛柔并濟:可承受自身重量數倍的振動載荷
航天器發(fā)射過程中要經歷火箭上行段的加速度載荷,作為安裝在核心艙小柱段的“先行軍”,柔性太陽翼受到的加速度載荷可達到它自身重量的數倍;更嚴酷的是,火箭發(fā)射過程并非是單一的加速度,而是以一種隨機振動的形式傳遞到航天器。
在這個過程中,太陽電池翼必須要克服發(fā)射段的載荷,保證在振動過程中電池片之間不發(fā)生碰撞、碎裂。柔性翼通過兩塊剛性收藏箱施加約束力,使基板形成一個緊密的整體,從而保護了太陽電池片之間不會因相互碰撞而碎裂。(完)