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“天和”核心舱8分钟后就进入预定轨道,为何又过了一小时才官宣成功?
4月29日11时23分,搭载空间站天和核心舱的长征五号B遥二运载火箭,在我国文昌航天发射场点火升空。
在现场或者网上观看直播的小伙伴们都有一个疑问,大约494秒后,长五B就成功将天和核心舱送入预定轨道,指控大厅内一片欢腾。为何过了一个小时后,官方才宣布此次任务圆满成功?
熟悉航天发射的人都知道,航天器入轨后的那次拥抱是属于火箭人的,他们的使命完成了。后面还有一个团队在紧张等待,他们要等待着太阳翼翻板的展开。只有翻板展开,开始为航天器提供电能时,才标志着整个任务的成功。
但问题又来了。以往,不论是飞船还是卫星的发射,一般在火箭将其送入轨道几分钟后,翻板就同步展开了,这次为何耗时如此之久?
答案就在这次上海航天技术研究院为空间站全新研制的柔性太阳电池翼身上。
“大”是天和核心舱柔性太阳翼的显著特点。
空间站副总设计师罗斌告诉记者,天和核心舱采用了大面积可展收柔性太阳电池翼,这是我国首次采用柔性太阳翼作为航天器的能量来源,其单翼展开面积达67平方米,单翼即可为空间站提供9KW的电能,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。不过,与传统刚性、半刚性的太阳电池翼相比,柔性太阳翼虽然展开面积大,但体积却很小,全部收拢后只有一本书的厚度,仅为刚性太阳翼的1/15。
展开后的庞大“翅膀”,无疑让其展开过程比传统太阳翼耗时更长。
据透露,核心舱太阳翼采用了6台有源机构三维五步展开,展开过程持续约40分钟。形象地说,它通过一组“太空广播体操”舒展筋骨,开启在轨运行:首先,15发火工品“热身运动”起爆,解除太阳翼与小柱段舱壁的固定,紧接着抬升机构“俯仰运动”将太阳翼从舱壁上立起;随后,展开锁定机构“扩胸运动”将两个太阳电池阵向两侧展开,约束释放机构“转体运动”解除收藏箱的约束;最后,伸展机构通过“伸展运动”带动太阳电池翼完全展开。
上海航天技术研究院专家说,为了实现安全可靠且一次性成功展开,柔性翼研制团队经过了多次方案论证,在地面进行了大量的高低温、载荷拉偏试验,从而确保了伸展机构在太空中也具备可重复展收、一气呵成的高可靠性;同时,伸展机构所具备的高刚度、高强度的特点,完全可以支撑柔性翼在飞行过程中始终保持稳定姿态、自由翱翔。
此外,核心舱作为我国寿命设计要求最长的一个飞行器,10年的在轨飞行对所有产品的长寿命提出了最高要求,太阳翼也不例外。
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8.8万次±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。为了使太阳电池翼具有良好的空间环境适应性,上海航天805所柔性太阳电池翼研制团队开展了3年多的方案论证和比较工作,***了国内相关行业的顶级专家,出了5项影响太阳翼长寿命的关键攻关项目,并经过大量的地面模拟长寿命测试。
譬如,太阳翼上的张紧机构。可不要小看这根简单的钢丝绳,它是一套恒力弹簧绳索系统,通过它的不断伸缩才能保证太阳翼在高低温环境下的足够刚度以及姿态控制。张紧机构的寿命试验要求是8.8万次,但为了确保它在10年的在轨工况中张弛有度、收放自如且万无一失,团队历经多年攻关,地面完成了40万次热真空疲劳寿命试验、100万次常温常压寿命试验。