7月28日,在随问天实验舱发射4天后,随舱上行的我国首个大型对日定向装置正式登台亮相,成功完成一系列在轨性能测试,各项指标均表现优异,我国空间站成功实现双自由度对日定向。
什么是“对日定向装置”?简单来说,它主要负责驱动太阳翼转动以及舱内外能源的传输,是中国空间站工程立项初期最先提上日程的关键技术之一。未来空间站建造完成后,舱内各类科学仪器、有效载荷,包括维持航天员生命系统的重要设备所需要的电能,都要依赖大型对日定向装置从舱外向舱内进行高效可靠的传输。可以说,它是空间站名副其实的“能源卫士”。
为了保障空间站的用电需求,问天实验舱上配置的大型柔性太阳翼单翼长度27米、有效发电面积约110平方米,可以保障空间站源源不断的能源输入。但驱动起这两副柔性太阳翼在太空中流畅“划圈”,让它们可以全天候接收到来自太阳光的照射,并非易事。如果想象我们单手拿一把27米长的“芭蕉扇”,并以手腕为圆心做360°旋转,这就需要我们的手腕具有很强的承重能力和转动力量。而实验舱上的对日定向装置就相当于我们的手腕,它需要带动太阳翼持续旋转、稳定对日。
空间站在轨飞行过程中,如何保持太阳翼时刻对准太阳?对日定向装置“肚子”里装有能实时采集太阳转动角度信息的旋转变压器,在接收到姿态控制系统下达的运动模式要求后,对日定向装置可以通过开展自主运动规划,精准调整自身状态,从而让太阳翼像“向日葵”一样实现稳定对日。
太阳翼有效发电总面积约220平方米,整翼长55米,但却只有打印纸这么软,任何的轻微振动都能让它晃晃悠悠摆动。如果太阳翼转动不平稳,将导致空间站姿态控制出现困难。因此,“大柔性高稳定伺服控制系统”应运而生,这套为对日定向装置量身打造的控制方案,让太阳翼能够“长袖善舞”,实现对太阳的稳定跟踪控制。
更厉害的是,当太阳电池翼受到外界干扰而导致抖动时,对日定向装置的控制系统能非常灵敏地察觉,并进行“快速安抚”,就像“太极推手”一样化有形于无形,在不到30秒的时间内,就能将太阳翼弹性振动能量及时耗散,给空间站“稳稳的幸福”。
本次在轨试验是大型对日定向装置在我国空间站组建过程中的“首秀”,试验的圆满成功将为后续空间站组建以及在轨运营奠定坚实的基础。
据“中国载人航天”微信公众号