此時(shí)此刻，寂寥無(wú)垠的太空中，中國空間站組合體在高速飛行。如果用天文望遠鏡去捕捉它的身影，可以看到組合體有一對巨型、閃著(zhù)橙光的 “翅膀”，特別引人矚目。這就是問(wèn)天實(shí)驗艙那對超大型柔性太陽(yáng)能翼。它向著(zhù)太陽(yáng)，把光能高效轉化為電能，為天宮空間站組合體源源不斷地提供充足的能源。

　　超大尺寸

　　薄如蟬翼

　　與其他航天器所用的太陽(yáng)能翼相比，問(wèn)天實(shí)驗艙所配備的這對“翅膀”顯然是超大尺寸。其單個(gè)長(cháng)度20多米，兩個(gè)伸展開(kāi)來(lái)，再加上固定連接機構的長(cháng)度，總長(cháng)度超過(guò)55米。單翼展開(kāi)面積可達100多平方米，相當于一套三室一廳公寓的面積。無(wú)論是展開(kāi)面積還是供電能力，這對“翅膀”都達到了天和核心艙太陽(yáng)能翼的兩倍之多。

　　問(wèn)天實(shí)驗艙太陽(yáng)能翼從面積上看是大尺寸，但是在厚度和重量上卻是薄如蟬翼的“羽量級”。太陽(yáng)能翼使用了柔性三結砷化鎵太陽(yáng)電池陣技術(shù)，由十幾萬(wàn)片柔性太陽(yáng)電池組成。這些柔性太陽(yáng)電池的單板厚度不足1毫米，真可謂薄如蟬翼。為了減輕重量，設計師精心采用超薄型輕質(zhì)復合材料，作為粘貼太陽(yáng)能電池片的基板，同時(shí)嚴格控制控制用來(lái)防護空間環(huán)境的膠層涂覆厚度。

　　輕盈靈巧

　　收放自如

　　問(wèn)天實(shí)驗艙柔性太陽(yáng)能翼非常輕盈靈巧，在執行航天任務(wù)的過(guò)程中，通過(guò)巧妙的設計，適應不同階段要求，收放自如。

　　在發(fā)射階段中，問(wèn)天實(shí)驗艙柔性太陽(yáng)能翼宛如合攏的手風(fēng)琴，緊緊收縮于艙內。在進(jìn)入在太空后的獨立飛行階段，太陽(yáng)能翼初步展開(kāi)，長(cháng)度為6.5米左右，以滿(mǎn)足自身的能量需求。

　　在完成與天和核心艙空間交會(huì )對接后，太陽(yáng)能翼第二次展開(kāi)，建立完整的能源系統。問(wèn)天實(shí)驗艙柔性太陽(yáng)能翼之所以分兩步完成展開(kāi)，是因為其完全展開(kāi)后的超大尺寸容易發(fā)生震動(dòng)，會(huì )對空間交會(huì )對接過(guò)程中的控制精度和穩定性產(chǎn)生影響。

　　在展開(kāi)的過(guò)程，太陽(yáng)翼的數節伸展機構依次向外推出，帶動(dòng)整個(gè)太陽(yáng)翼向外徐徐展開(kāi)，像是一架被緩緩拉開(kāi)的手風(fēng)琴，在宇宙中奏響它的美妙樂(lè )章。

　　為了確保安全可靠成功分兩步展開(kāi)，研制團隊經(jīng)過(guò)了多次方案論證，在地面進(jìn)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復展收的高可靠性。

　　嚴苛考驗

　　超長(cháng)壽命

　　航天器太陽(yáng)能翼在軌工作中，會(huì )持續暴露在有著(zhù)強輻射、原子氧等威脅的太空環(huán)境中，每天還要經(jīng)歷10余次高至80攝氏度、低至零下110攝氏度的高低溫循環(huán)考驗，實(shí)現超長(cháng)壽命是面臨的一大挑戰。

　　為了應對長(cháng)壽命空間環(huán)境適應性挑戰，相關(guān)科研團隊受“絲網(wǎng)印刷”基本原理啟發(fā)，研制自動(dòng)化設備，精確控制壓力、角度、速度等參數，實(shí)現柔性基板防護涂層自動(dòng)均勻涂覆，并使其順利通過(guò)大劑量原子氧、高低溫、紫外等環(huán)境考核試驗，從而為太陽(yáng)能翼披上“防護鎧甲”。

　　據了解，相關(guān)團隊針對問(wèn)天實(shí)驗艙太陽(yáng)能翼材料的性能，運用多重防護手段持續對柔性太陽(yáng)翼進(jìn)行評價(jià)試驗，其中包括一系列熱真空疲勞壽命試驗和常溫常壓壽命試驗，試驗結果表明，問(wèn)天實(shí)驗艙太陽(yáng)能翼的電池壽命可提升至15年。

　　需求驅動(dòng)

　　技術(shù)躍升

　　與傳統的硅太陽(yáng)能電池相比，問(wèn)天實(shí)驗艙太陽(yáng)能翼采用的柔性砷化鎵材料具有明顯的優(yōu)勢，不僅有良好的抗輻射和耐高溫等性能，而且光電轉換效率突破30%，達到國際先進(jìn)水平。該太陽(yáng)能翼上鋪有許多深色玻璃般的“小鏡”，每一個(gè)“小鏡”宛如一座太空“發(fā)電站”，經(jīng)過(guò)串聯(lián)、并聯(lián)后組成太陽(yáng)電池陣，能夠產(chǎn)生較高的電壓和較大的電流，為空間站提供充足的能量。

　　此前，神舟系列載人飛船采用了第一代剛性太陽(yáng)電池陣技術(shù)，天舟系列貨運飛船采用了第二代半剛性模塊化太陽(yáng)電池陣技術(shù)。柔性砷化鎵太陽(yáng)能電池是第三代太陽(yáng)能電池，在中國空間站天和核心艙太陽(yáng)能翼上，得到首次應用；在問(wèn)天實(shí)驗艙的應用中，實(shí)現了新的進(jìn)步。這表明，在太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，航天需求成為促進(jìn)創(chuàng )新的強勁動(dòng)力，推動(dòng)中國太陽(yáng)電池陣技術(shù)實(shí)現了新的躍升。

　　調整姿態(tài)

　　追光逐日

　　受太陽(yáng)入射角和空間站飛行姿態(tài)的影響，太陽(yáng)能翼的發(fā)電效率會(huì )因時(shí)段不同、姿態(tài)不同而產(chǎn)生相應變化。問(wèn)天實(shí)驗艙首次采用太陽(yáng)能翼雙自由度同時(shí)轉動(dòng)，確保陽(yáng)光可以垂直照射在太陽(yáng)翼上。為實(shí)現這一目的，問(wèn)天實(shí)驗艙使用了中國目前設計規模最大、預期連續工作壽命最長(cháng)、傳輸功率最大的大型回轉運動(dòng)類(lèi)空間機構產(chǎn)品即對日定向裝置的阿爾法機構。

　　阿爾法機構的核心是“對構齒輪傳動(dòng)”，由重慶大學(xué)機械傳動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗室陳兵奎教授團隊歷經(jīng)8年研制成功。

　　這是一種新型齒輪傳動(dòng)，其突出的誤差適應能力和較高的承載能力，能夠滿(mǎn)足太空極端高低溫交替變化提出的超大空間尺寸形變、高可靠、長(cháng)壽命等嚴苛要求。“對構齒輪傳動(dòng)”系統中應用的齒輪，經(jīng)過(guò)實(shí)驗室試驗驗證，壽命可以達到25年到30年。張保淑