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发射成功!上海航天技术打造中国“太空电站”为“天宫”豪宅连续10年超长供电

来源:东方网|    日期:2021-4-29

      东方网记者解敏4月29日报道:中国人对太空的向往,自嫦娥奔月、夸父追日、女娲补天等神话传说,到明代万户飞天实践行动,和“不知天上宫阙,今昔是何年?”的诗词寄情,由古至今一直都在。今天,中国空间站重要组成部分“天和”核心舱的成功发射,让中国人在太空有个“家”的愿望从梦想照进现实。

      太阳电池翼为“三房两厅”供电 收拢后只有一本书的厚度

      家的正常运营离不开电,那么,“太空家园”的“太空电站”,是如何打造的?

      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。

      “天和”核心舱是未来空间站的指挥控制中心。航天员的生活起居要在这里进行,并将在此开展空间科学实验和技术试验。为了让航天员在太空中的长期生活能够更加舒适,核心舱提供了约50立方米的空间供航天员工作生活。除了升级睡眠区,还新增了专门卫生区和运动区。此外,核心舱内还可以连WIFI上网。称得上是“三房两厅加储藏间”的豪华装修了。如此庞大的系统,需要强有力的电力保障。负责空间站电源分系统抓总研制的中国航天科技集团第八研究院第811研究所是如何实现为这套豪宅供电的呢?

      太空中唯一的能量来源,就是太阳的能量。在“天和”核心舱上,配有两对大面积的太阳电池翼,单翼面积可达到67平方米。其在光照区将太阳能转化为电能,供整舱应用,同时为蓄电池储存能量,备阴影区使用。这两组太阳电池翼在初期发电能力超过18000瓦,远远超过了国内之前任何一个航天器。

      空间站副总设计师罗斌告诉记者,这是我国首次采用柔性太阳翼作为航天器的能量来源。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。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。

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。而对于核心舱来说,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。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。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。

超长待机“锂电池”支援舱体10年在轨运行


研制团队工作场景(摄影:吴佳栋 张阳)

      空间站长期在轨稳定运行,航天员长期驻留,站内的安全是最关键的问题。在空间站运行到太阳无法照射的阴影区时,由锂离子蓄电池为整个舱体供电。而锂电的安全性向来是大众关注的焦点。811所研制人员经过长期攻关,找到了解决办法,从研制、使用、更换等多个角度,设计出了一种满足空间站运行需求的长寿命大容量高安全锂离子蓄电池。

      锂电最大的安全性问题就是热失控。对此,空间站锂电在研制时采取了多种有效的手段:从源头上,采用陶瓷隔膜,提供良好的防内短路措施;在电池组内使用阻燃材料,防止高温引发燃烧;在电池组内使用卸压材料,为单体电池膨胀时提供空间;采用全密闭的锂离子蓄电池箱体式结构式设计,为舱内提供安全可靠的环境。

      空间站在长达10多年的在轨运行过程中,航天员需定期对锂电进行在轨更换。如何在不影响空间站的正常供电情况下,确保航天员的操作安全呢?

      研制人员为锂电更换操作上了“双保险”。核心舱有两个功率通道,当其中一个通道需要更换电池时,由另一个通道作为主力供电。且每个功率通道采用“2+1”机组工作模式,任意一个机组中的电池需要更换时,将本机组断电,剩余两个机组可以保证本通道正常供电。

      另外,航天员在更换锂电的时候,高压电池组带来了安全隐患。为此,研制人员在锂离子蓄电池模块中安装了两个并联的分段开关,通过将电池组的电压降低到人体的安全电压范围,满足人体的36伏安全电压要求,保护了航天员开展在轨维修时的人身安全。

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