揭秘天和核心艙電源系統

【中新社上海廿九日電】今日，隨着長征五號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十年，如何保證核心艙順利工作十年甚至更長時間？電源分系統作為關鍵技術之一，充當未來中國空間站“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、重複展收高可靠、低軌十年在軌長壽命、剛柔並濟高承載等四大全新技術，將為天和核心艙提供充足電源。

太陽翼積大輕量化

天和核心艙首次採用大面積可展收柔性太陽電池翼，雙翼展開面積可達一百三十四平方米，這是中國首次採用柔性太陽翼作為航天器的能量來源。

與傳統剛性、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九千瓦的電能，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。

比起傳統的剛性、半剛性太陽翼，柔性翼全部收攏後只有一本書的厚度，僅為剛性太陽翼的十五分之一。

採可重複展收技術

對於航天器來說，搭載運載火箭成功進入預定軌道僅僅是“行百里者半於九十”，太陽翼的成功在軌展開，才是任務成功的重要標誌。對於核心艙來說，柔性翼能否成功展開直接關係到空間站任務的成敗。

核心艙太陽翼採用了六台有源機構三維五步展開，展開過程持續四十分鐘。形象地說，它通過一組“太空廣播體操”舒展筋骨，開啟了在軌十年的運行。

展開過程中，數節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定姿態。

十年壽命百萬試驗

十年在軌飛行，對天和核心艙如何實現“長壽命”提出高要求。太陽翼作為艙外產品，要面對的空間環境極其惡劣，除了需要經歷八萬八千次±一百攝氏度的高低溫循環外，還要經受低軌環境中原子氧、等離子體、紫外輻照、電離輻照等多種空間環境的考驗。

為使太陽電池翼具有良好的空間環境適應性，中國航天科技集團八院八○五所的柔性太陽電池翼研製團隊開展三年多的方案論證和比較工作，總結出五項影響太陽翼長壽命的關鍵攻關項目，並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”，它是一套恆力彈簧繩索系統，通過它的不斷伸縮才能保證太陽翼在高低溫的環境下的足够剛度以及姿態控制。

張緊機構的壽命試驗要求是八萬八千次，但為了確保它在十年的在軌工況中“張弛有度，收放自如”且“萬無一失”，團隊歷經多年攻關，地面完成了四十萬次熱真空疲勞壽命試驗、一百萬次常溫常壓壽命試驗，充分驗證產品的高可靠、長壽命。

現剛柔並濟高承載

航天器發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，火箭發射過程並非是單一的加速度，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射段的載荷，保證在振動過程中電池片之間不發生碰撞、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，從而保護太陽電池片之間不會因相互碰撞而碎裂。