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国产卫星技术新突破:风云四号首次使用“单翅”结构

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发表于 2016-12-11 17:21:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
资料图:我国新一代静止气象卫星首发星“风云四号”,注意只有单片太阳能板

中新网上海12月11日电 题:“风四”T型太阳翼首次亮相太空

在11日成功发射的中国新一代静止轨道气象卫星首发星风云四号上,与传统卫星“双翅膀”构型的太阳电池翼不同,风云四号以T型“单翅膀”首次亮相太空。中国航天科技集团公司八院805所的研制者于此间揭秘:在三万六千公里的高空作业,却只能安装一个“翅膀”,“风四”何以保持平衡?

有颜值——T型太阳翼首次亮相太空

太阳电池翼是卫星的关键部件之一,与太阳能热水器类似它通过安装在其表面的电池片吸收太阳能,并将其源源不断的供给卫星。现代卫星受功率需求限制,为了实现更大的发电面积,一般采用可展开式的太阳翼,并在根部通过电机机构驱动太阳电池翼转动。一般卫星均是围绕地球而不是太阳旋转,如果是固定式的太阳翼很多时候就无法照到太阳光,所以太阳电池翼需要和向日葵一样对着太阳旋转,保证电池板面朝太阳从而获得最大的发电效率。

传统卫星的太阳翼都是双翼构型,分布在卫星的两侧,就像两只展开的翅膀。风云四号作为新一代气象卫星,其功能十分强大,星上载荷众多,尽管其六面体的身板已经不小了,但是分配给太阳电池翼的指标是,只有一侧能安装太阳电池翼。但风云四号卫星的主要作用是精准地进行气象预报,前提是精准实现对地观测,“翅膀”不稳定怎么行?

八院805所的研制者首次给卫星的太阳电池翼设计了炫酷的“T”构型,令其保持自身平衡,抗干扰能力强,从而给卫星提供稳定电能。

“为了保证卫星的高姿态稳定度,全新设计的T构型大大缩短了太阳翼质心和卫星的距离,一旦太阳翼发生晃动或者抖动,对卫星的干扰也是非常小的。”805所太阳电池翼副主任设计师王威介绍说。

他形容,“就跟人保持稳定的原理是相似的,人伸开双臂容易被拉动或拉倒,把双臂紧贴身体就相对稳定多了。”

靠智慧——把运动耦合扼杀在摇篮里

太阳电池翼的主要功能是通过太阳电池片吸收太阳能,将其转化为电能,并源源不断地提供给卫星,为了保证太阳光能够尽可能的直射电池片,太阳电池翼一直在围绕太阳旋转,在这个过程中,就会产生运动耦合,而运动耦合一旦发生,卫星将产生剧烈“晃动”,轻则影响观测精度,重则使卫星受到损坏。

专家介绍,其实运动耦合并不是航天器特有的,日常生活中也存在。举个简单的例子,用洗衣机脱水时,机器在刚启动和最高速时,机器的振动都不大,但是当洗衣机转筒在某一速度的转动频率与结构频率产生运动耦合时,就会导致振动放大。

那卫星在太空运行是会不会与太阳翼发生运动耦合现象呢?据八院805所的专家介绍,受地球重力和卫星体积的限制,地面真实模拟其太空运行的成本太高,研制人员通过摸清太阳电池翼自身的频率特性,从设计上错开两者会引发运动耦合的频率。

“测量计算太阳翼的频率并不复杂,使其悬挂摆动起来进行测试便可,复杂的是怎样使太阳翼悬挂变动,”八院805所太阳翼产品首席张雷介绍说,“悬挂式固定不牢怕太阳翼损坏,固定太牢产品的频率就测试不准了。”

为了解决这一难题,研制人员动了不少脑筋,最终采用牵线木偶的形式,通过长长的细线将太阳翼吊起,并通过气浮机构使得细线的长度能随着太阳翼晃动缩短或变长,从而保证测试出产品最真实的频率特性,有效避免了两者运动耦合现象的发生,确保卫星安全、稳定运行。(

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