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18。
　　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（阿尔法）角度，实现大范围的转动，还有一个（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。