飞天圆梦 | 听航天人讲述太空“牵手”背后的硬核故事

本文转自：央视网

央视网消息：梦天实验舱与空间站组合体进行交会对接，可以是说我国载人航天工程当中最大质量的两个航天器的太空“握手”，控制难度明显增大。为此，科研人员也想出了不少办法，让他们能够在太空里稳稳“握手”。

此次梦天实验舱要与空间站组合体进行交会对接，可以说是中国航天史上最“强有力”的一次太空“握手”。梦天实验舱重达23吨，而空间站则是由天和核心舱、问天实验舱以及神舟十四号载人飞船、天舟四号货运飞船组成的“四舱”组合体，总重量更是超过了60吨，要让这两个庞然大物完成交会对接，它们就必须“稳稳握手”，尽量减小它们之间的撞击力。

航天科技集团五院空间站系统电总体主任设计师 梁晓锋：为了克服对接过程中，大的冲击对设备造成影响，实际上在交会对接上，是做了相关一些专项设计，一些阻尼设计，以适应大吨位、大质量的交会对接，在整个对接过程中是减缓或者减小对接力，以保护整个对接机构，减少对整个组合体和设备的冲击。

此次交会对接的另一大考验，就是梦天实验舱携带着两个巨大的太阳能帆板，它们不仅面积大，并且采用的是柔性材料，就好比带着一对巨大的“软翅膀”进行交会对接，控制难度可以说是空前之高。为此，科研人员也专门为梦天实验舱设计了一套太阳帆板展开方案，提高了可控性，保证任务稳妥成功。

航天科技集团五院空间站系统总体设计师 罗超：我们（梦天实验舱）对上来的时候太阳翼一直缩着飞的，到对接上之后，完成太阳翼的二次展开。

太空“牵手”难度大 多重措施保成功

梦天实验舱与三个月前发射的问天实验舱“个头”差不多，但是交会对接过程却是“难”上加“难”。为了解决这些难题，科研人员设计了大量的预案和措施，保障了此次交会对接最终圆满成功。

据介绍，此次交会对接的第一个难点，就是梦天实验舱入轨后，与太阳照射的角度有较大偏差，导致太阳帆板发电能力弱，能源紧缺。如果不能在规定的时间内完成交会对接，就需要紧急调整“梦天”的姿态朝向太阳从而补充能源，这样就会导致交会对接时间的拖延。为此，科研人员为“梦天”特别制定了交会对接任务故障预案。

第二个难点便是在于此次交会对接的目标——空间站组合体上。上一次问天实验舱交会对接时，组合体是“一字”对称构型，而此次梦天实验舱交会对接时，由于问天实验舱已经完成了转位，因此组合体是“L”字形的非对称构型，这显著增加了空间站在轨姿态控制的难度。

航天科技集团五院空间站系统总体设计师 罗超：采用了俯仰偏置一定角度，这样可以节省很多推进剂，也是有效利用空间力矩。然后，在梦天舱进入最后平移靠拢段的时候，才会把俯仰角度调整到完全水平的状态，来等待梦天实验舱的交会对接。

此外，在“梦天”接近组合体时需要开启反推发动机减速，发动机的羽流会干扰到组合体的姿态，这样就让梦天实验舱与空间站在最后关头的对接变得更加困难。不过，在科研人员的“精心设计”下，梦天实验舱精准识别了与空间站组合体的相对距离及相对姿态，通过一点点接近并最终实现了高精度的交会对接。

三型太阳翼为中国空间站提供充沛能源

梦天实验舱与中国空间站对接并实施转位后，中国空间站将形成“T”字构型，中国空间站也将同时使用上了三种不同的太阳翼。

在中国空间站的规划设计过程中，科研人员针对不同舱体的特点与需求，开发了三代太阳翼，每一代都各具特点。神舟载人飞船采用的是第一代刚性太阳翼、天舟货运飞船采用的是第二代半刚性太阳翼。

中国航天科技集团八院空间站梦天实验舱电源副主任设计师 刘必海：第一代我们用的叫刚性基板，它是用的碳纤维加铝蜂窝这种结构的，它的体积比较大。我们的货运飞船在原来功率需求的进一步提升之上，我们又使用了第二代半刚性的太阳电池翼，它用了碳纤维的框架加玻璃纤维网，就像网球拍，大大降低了整个太阳翼的重量。

相较于神舟飞船和货运飞船，空间站的两个实验舱体积都非常大。同时实验舱还需要携带大量机柜，完成多项在轨实验，用电量较大。为此，科研人员专门开发了第三代柔性太阳翼，来保障实验舱的用电需求。

中国航天科技集团八院空间站梦天实验舱电源副主任设计师 刘必海：现在梦天实验舱用的太阳翼是我们第三代的太阳电池翼，我们叫柔性太阳电池翼，它具有重量轻、长寿命、大功率的特点。单舱两个太阳翼的发电能力大概有18千瓦，通俗来讲我单个梦天实验舱一天的发电能力，可以（供）一家三口三个月的使用。

在天和、问天、梦天三舱组合后，空间站的日发电量可达近1000度，让中国空间站真正实现“用电无忧”。

新一代太阳翼为“梦天”赋能

新一代柔性太阳帆板为中国空间站再添新动力，这个柔性太阳帆板是个什么样？有哪些特点？跟随总台记者去看看。

总台记者 陈庆滨：由太阳能转化而来的电能，是在轨航天器的能量来源。与普通航天器有所区别的是，在此次发射的梦天试验舱上，装载的就是我身后的这样一对“软性翅膀”——柔性太阳帆板。大家可以看到，这个太阳帆板的单板厚度不足1毫米，可谓“薄如纸”， 在这上面还装有许许多多深蓝色玻璃的小镜子，这每一个小镜子就宛如一座小型太空发电站，经串联、并联后组成太阳电池阵，为航天器提供源源不断的能量保障。

梦天实验舱的太阳帆板采用的是我国最新一代的太阳电池阵技术——柔性三结砷化镓太阳电池阵，它是由十几万片柔性太阳电池组成。这些柔性太阳电池单位面积重量仅为传统太阳电池的50%，但光电转换效率却实现大幅的增长。

中电科能源有限公司空间站太阳电池阵项目负责人 苏彬：三结砷化镓太阳电池比传统地面用的硅电池的转换效率要高出两倍以上。

为确保空间站在轨寿命，研制团队持续开展高压柔性太阳电池阵技术研发，先后完成8万余次高低温循环试验，确保太阳电池阵结构稳定、伸缩自如，预期低轨道太阳电池阵设计寿命由5年提升至15年。