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一個計量單位里的創(chuàng)新力|1毫米“柔性翅膀”給衛(wèi)星裝上“超強能源”
2024-06-14 記者 郭倩 來源: 經(jīng)濟參考報

  衛(wèi)星的“翅膀”能有多薄?約1毫米!裝上這對翅膀,在距離地面500公里左右的空中,銀河航天靈犀03星正以每秒超過7公里的速度繞地飛行,如同將地面通信基站建在太空中,鋪就天地間“信息路”,以解決高山、荒漠等偏遠地區(qū)的上網(wǎng)問題,充分挖掘商業(yè)航天市場的巨大潛力。

  銀河航天靈犀03星是我國首款使用柔性太陽翼的衛(wèi)星。這個單層薄如紙張的“柔性翅膀”是衛(wèi)星的“超大功率發(fā)電機”,為衛(wèi)星在軌飛行和工作提供能量。

  走進北京銀河航天方舟實驗室,記者的視線立刻被一張金光閃閃的衛(wèi)星“翅膀”吸引。它展開長度約9米、寬度超過2.5米,上面布滿一片片太陽能電池。“這是靈犀03星柔性太陽翼全尺寸初樣產(chǎn)品。”銀河航天機熱能源部部長楊巧龍說。

  之所以叫柔性太陽翼,是因為它可以像古代的奏折一樣折疊。而單層柔性太陽板厚度僅1毫米左右,其中還包括了基板、電池片和電纜。

  “太陽翼是衛(wèi)星能量的主要來源,柔性基板可以大幅壓縮太陽板的厚度與密度,同樣質量下面積更大,可以吸收更多的太陽能。”楊巧龍說。

  據(jù)介紹,在發(fā)射過程中,太陽翼裝在火箭里時為折疊狀態(tài),主體厚度僅為不到5厘米,未來可以實現(xiàn)十幾顆甚至幾十顆層層堆疊起來同時發(fā)射,降低單顆衛(wèi)星的發(fā)射成本,這將成為低軌商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射的重要方式之一。

  實現(xiàn)1毫米厚度的柔性太陽翼,是個高難度“技術活”。在此之前,我國在太空中驗證并使用的柔性太陽翼有且僅有一個案例,就是在中國空間站上。

  一方面,柔性太陽翼的太陽電池之間是面對面、背對背壓在一起的。這樣的好處是柔性太陽翼大幅壓縮了包絡尺寸,但是也由此帶來了一系列技術難題。

  “太陽電池是脆性材料,越薄越容易碎裂,所以要精準控制壓緊力,壓力過大會導致電池直接碎裂,而壓力過小,會導致在火箭發(fā)射的時候,太陽板之間發(fā)生滑移、太陽板損傷。”楊巧龍說,團隊創(chuàng)新采用了太陽電池的壓緊防護技術,設計使用兩塊剛性蜂窩板將柔性太陽板“夾緊”。

  另一方面,需要研發(fā)一套高性能的展開機構來展開太陽翼。楊巧龍解釋稱,傳統(tǒng)的柔性太陽翼面積動輒100平方米以上,但對于靈犀03星這種中型太陽翼,如果僅僅是將用于超大柔性太陽翼的機構小型化,展開機構仍會很重、體積很大,會將太陽板柔性化帶來的成果“吃回去”。

  為此,銀河航天針對平板衛(wèi)星構型特點,研發(fā)了剪刀式的展開機構,具有簡單可靠、重量輕、收納比高、可擴展性好的優(yōu)點。

  “不到一年半時間,我們攻克了數(shù)十項核心技術研發(fā)難題,包括讓脆弱的太陽電池可靠壓緊,讓太陽翼打開并實現(xiàn)空間三維旋轉,以及良好地適應惡劣的太空環(huán)境等,實現(xiàn)了產(chǎn)品從地面到太空的全流程研制。”楊巧龍說。

  2023年7月23日,銀河航天靈犀03星成功發(fā)射,為我國巨型低軌通信星座的快速部署提供了技術支撐。目前,銀河航天基于自主研制的8顆低軌寬帶通信衛(wèi)星,構建起我國首個低軌寬帶通信試驗星座“小蜘蛛網(wǎng)”,可以實現(xiàn)連續(xù)30分鐘的寬帶通信。

  如今,在深山、深海以及低空領域,“小蜘蛛網(wǎng)”已在空地海等多場景進行低軌應用示范。

  “批量化生產(chǎn)的衛(wèi)星不斷發(fā)射,大量衛(wèi)星接續(xù)圍繞地球運行,組成覆蓋全球的衛(wèi)星網(wǎng)絡,將有助于解決深海、荒漠、山區(qū)等地面通信欠發(fā)達區(qū)域的上網(wǎng)難題。”銀河航天公共事務總經(jīng)理徐穎說。

  業(yè)內(nèi)人士表示,我國已經(jīng)形成較為完整的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈,星箭制造及發(fā)射能力正快速提升,地面設備制造和衛(wèi)星運營及服務行業(yè)潛力巨大。艾媒咨詢預計,今年商業(yè)航天市場規(guī)模約為2.34萬億元。

  徐穎表示,銀河航天正在與產(chǎn)業(yè)鏈上下游合力攻關,開展新一代通信衛(wèi)星的研制工作,未來將用于支持手機直連衛(wèi)星星座的建設,全天候提供無縫實時網(wǎng)絡覆蓋。

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