隨著夢天實驗艙發射圓滿成功，中國空間站T字構型即將亮相於世人面前。而其最有特點的標誌，非空間站配置的大大小小不同的太陽翼莫屬了。有趣的是，助力我國空間站遨遊太空的卻是三種不同的“翅膀”：神舟載人飛船採用剛性太陽翼、天舟貨運飛船採用半剛性太陽翼、核心艙和2個實驗艙採用柔性太陽翼，三款不同的太陽電池翼覆蓋了目前所有太陽翼的種類。三款“翅膀”均由中國航天科技集團有限公司八院研製。
儘管造型風格迥然不同，但三款太陽翼獨具特色、各有所長，它們撐起了空間站在軌運營的“能源擔當”。據八院空間站型號副總師王治易介紹，從1992年“921工程”立項開始，八院便致力於為航天器打造穩定可靠的“翅膀”，截至目前，已經有28套剛性太陽翼、8套半剛性太陽翼以及6套柔性太陽翼翱翔太空，為載人航天工程提供源源不斷的能源。
剛性太陽翼：技術成熟、穩定可靠、適應性廣
剛性太陽翼指採用碳纖維面板、鋁蜂窩複合材料作為基板的太陽電池翼，剛性太陽翼一般由1至4塊剛性基板組成，每塊剛性基板可以根據發電功率需求進行設計，長寬一般不超過3。5米×2。5米，厚度18毫米至22毫米，具有良好的剛度和強度，給電池片提供了一個“豪華大床”。剛性太陽翼是世界航天史上最早應用的可摺疊式太陽電池翼，也是被各個航天強國廣泛採用的技術方案。
載人航天、人命關天，從神舟飛船設計伊始，研製團隊就瞄準了技術已趨於成熟的剛性太陽翼，確保實現飛船在軌執行的高可靠性和安全性。神舟飛船的太陽翼結構為碳纖維蜂窩夾層結構，展開面積為24平方米，具備高剛度、高強度的等優勢；且一次展開到位，飛船入軌後，剛性太陽翼可在十幾秒內實現快速展開，並滿足飛船的供電需求。1999年，歷經近8年從無到有的技術攻關，我國第一款應用於載人航天領域的剛性太陽翼隨神舟一號載人飛船的成功發射亮相太空。
自神舟一號開始，剛性太陽翼23年如一日“服役”於神舟飛船，如今已成為神舟飛船的“得力干將”。憑藉穩定可靠的出色效能，剛性太陽翼目前已成為我國衛星領域使用最廣泛的產品。
半剛性太陽翼：輕量化、高承載、可實現空間環境防護
為了可靠保證天宮飛行器電源系統高電壓體系的安全性，同時為電池電路提供更好的散熱環境，進一步減輕太陽電池翼的重量，天宮一號選擇了當時具有世界先進水平的半剛性太陽翼作為技術方案。與剛性太陽翼一樣，半剛性也具備展開方式簡單、展開速度快的優勢。
如果將剛性太陽翼比喻為“乒乓球拍”，那麼半剛性太陽翼則是一隻“網球拍”。因為半剛性太陽翼突破了玻璃纖維網編織技術，創造性地採用了玻璃纖維網狀結構，從而具備了輕量化、高壓安全性、高承載性以及空間環境的強防護性，特別是對低軌空間環境中原子氧、等離子體的防護，極大體現了半剛性太陽翼所具備的長壽命優勢。
2011年，805所太陽翼團隊成功研製國內首套低軌高壓半剛性太陽翼，並首次應用於天宮一號實驗室，助力天宮一號實現了在軌7年的可靠執行。值得一提的是，半剛性太陽翼在研製初期即實現了產品的全國產化。
柔性太陽翼：大面積、柔性、長壽命、高可靠、可重複展收
空間站上搭載的天文、地理、生物、醫學等各類科學儀器將陸續工作，同時航天員的日常生活也離不開能源，傳統的剛性、半剛性太陽電池翼因其體積、重量、功率等因素的限制無法滿足這一需求，而柔性翼體積小、展開面積大、功率重量比高，比如實驗艙柔性翼全部收攏後厚度只有18釐米，與一部手機的長度相當，僅為剛性太陽翼的1/8。
目前，中國空間站共配備了2種規格6套大型柔性太陽翼。2021年4月29日，我國空間站的“第一塊積木”天和核心艙率先就位，陽光下熠熠生輝的“天和之翼”抓人眼球，這是為我國空間站打造的首個大面積可展收柔性太陽翼。核心艙單個太陽翼展開面積67平方米，相當於一個標準單打羽毛球場的大小，可以提供9千瓦的電能。2022年問天實驗艙和夢天實驗艙陸續成功發射，他們各配備了2套plus版大型柔性太陽電池翼，單套太陽翼展開面積達到138平方米，單個功率高達18千瓦，4個這樣的太陽電池翼就能提供空間站建成後三艙組合體80%的能量，在滿足艙內搭載的天文、地理、生物、醫學等各類科學儀器正常運轉的同時，也完全可以保證航天員在空間站中的日常生活。
作為一種全新的太陽電池翼，柔性翼的系統組成、展開原理、技術難點與傳統剛性、半剛性太陽翼大相徑庭。傳統剛性、半剛性太陽翼都是一次展開，在短短十幾秒內就完成所有動作；而大型柔性太陽電池翼卻在全世界範圍內首創“二次展開”技術，整個過程持續80分鐘，這是為了確保交會對接這一關鍵動作的絕對安全。以夢天實驗艙的太陽翼為例，交會對接過程中兩個數十噸級的航天器，以約7。9公里/秒的速度運動，需要精準地控制它們的位置、速度、姿態才能保證可靠的對接，稍有偏差航天器就會發生碰撞。如果太陽電池翼完全展開，實驗艙就好比兩隻手各持一面巨大的帆，微小的抖動，都會導致實驗艙的速度、相對位置和飛行姿態的控制精度嚴重下降，控制難度指數級增加。因此，八院設計團隊突破了“二次展開”的關鍵技術，在實驗艙發射後獨立飛行階段，柔性太陽電池翼首先展開一部分電池板以滿足實驗艙能量需求，可以降低飛行控制難度使得交會對接又穩又準。在對接完成後，再次完成全展開，建立完整的能源系統。
在整個展開過程中，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，在宇宙中奏響它的美妙樂章。為了實現安全可靠且一次性成功展開，八院柔性翼研製團隊經過了多次方案論證，在地面進行了大量的高低溫、載荷拉偏試驗，從而確保了伸展機構在太空中也具備可重複展收、一氣呵成的高可靠性；同時，伸展機構所具備的高剛度、高強度的特點，完全可以支撐柔性翼在飛行過程中始終保持穩定姿態，自由翱翔。
作者：史博臻 程雷 胡芳芳
圖：中國航天科技集團有限公司八院
編輯：唐瑋婕
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