2022年7月28日,，在隨問天實驗艙發(fā)射4天后,，隨艙上行的我國首個大型對日定向裝置正式登臺亮相,，成功完成一系列在軌性能測試,，各項指標(biāo)均表現(xiàn)優(yōu)異,，我國空間站成功實現(xiàn)雙自由度對日定向,。

什么是“對日定向裝置”,？簡單來說,，它主要負(fù)責(zé)驅(qū)動太陽翼轉(zhuǎn)動以及艙內(nèi)外能源的傳輸，是中國空間站工程立項初期最先提上日程的關(guān)鍵技術(shù)之一,。未來空間站建造完成后,，艙內(nèi)各類科學(xué)儀器、有效載荷,，包括維持航天員生命系統(tǒng)的重要設(shè)備所需要的電能,，都要依賴大型對日定向裝置從艙外向艙內(nèi)進(jìn)行高效可靠的傳輸,。可以說,，它是空間站名副其實的“能源衛(wèi)士”,。

勁頭足、也要轉(zhuǎn)得動

為了保障空間站的用電需求,，問天實驗艙上配置的大型柔性太陽翼單翼長度27米,、有效發(fā)電面積約110平方米，可以保障空間站源源不斷的能源輸入,。但驅(qū)動起這兩副柔性太陽翼在太空中流暢“劃圈”,，讓它們可以全天候接收到來自太陽光的照射，并非易事,。如果想象我們單手拿一把27米長的“芭蕉扇”,，并以手腕為圓心做360°旋轉(zhuǎn)，這就需要我們的手腕具有很強(qiáng)的承重能力和轉(zhuǎn)動力量,。而實驗艙上的對日定向裝置就相當(dāng)于我們的手腕,，它需要帶動太陽翼持續(xù)旋轉(zhuǎn)、穩(wěn)定對日,。

空間站對日定向裝置為整艙提供不竭能源,，但常年駐守艙外所面臨的空間環(huán)境會對大型轉(zhuǎn)動類機(jī)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)酷考驗。如何保證對日定向裝置驅(qū)動太陽翼傳動準(zhǔn)確的同時又不會發(fā)生運(yùn)動卡滯,，這對研制團(tuán)隊而言是個巨大挑戰(zhàn),。為此，研制團(tuán)隊開展頭腦風(fēng)暴,、全新設(shè)計了一套國內(nèi)首創(chuàng)的“分布式回轉(zhuǎn)支撐驅(qū)動傳動方案”,，可以確保大導(dǎo)軌在高低溫?zé)崦浝淇s產(chǎn)生變形的情況下，依然可以支撐驅(qū)動機(jī)構(gòu)流暢轉(zhuǎn)動,，帶動兩個巨型太陽翼實時跟蹤太陽,。同時，團(tuán)隊還給對日定向裝置加了一層“控溫外套”,，保障對日定向裝置在長期的極端高低溫外部環(huán)境下,，始終處于適宜的溫度范圍。

效率高,、也要傳得快

我們?nèi)粘Ｉ钪械挠秒?，是通過發(fā)電廠龐大的電網(wǎng)系統(tǒng)輸送到千家萬戶，而在太陽系中,，太陽就是一個天然的“大型發(fā)電廠”,。但如何將大型柔性翼產(chǎn)生的數(shù)萬瓦級電能傳輸?shù)娇臻g站內(nèi)，搭建起一條穩(wěn)定高效的“能源生命線”,，讓空間站真正實現(xiàn)“用電無憂”,？

通常來說,，大部分航天器都采用傳統(tǒng)的滑環(huán)導(dǎo)電傳輸方式,，簡單來說,，滑環(huán)就是用于連通、傳輸能源的“旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)”,，但因這種方式存在滑動磨損,，因此一般適用于千瓦級傳輸功率的航天器；而空間站的功率傳輸需求是普通航天器的20多倍,，設(shè)計壽命要求高,，面對滑動摩損產(chǎn)生的巨大電能消耗，空間站表示“零容忍”,！為此,，研制團(tuán)隊首創(chuàng)了超大功率和超長壽命的滾環(huán)電傳輸機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)了國內(nèi)首次以滾動替代滑動接觸方式的大功率傳輸,。為了驗證滾環(huán)的高可靠,、高效率、長壽命,，研制團(tuán)隊在地面進(jìn)行了20萬圈的加速壽命試驗考核,，相當(dāng)于等效在軌工作34年，以100%的產(chǎn)品可靠性確?？臻g站能源通路的高效暢通,。

對得準(zhǔn)、也得控得穩(wěn)

空間站在軌飛行過程中,，如何保持太陽翼時刻對準(zhǔn)太陽,？對日定向裝置“肚子”里裝有能實時采集太陽轉(zhuǎn)動角度信息的旋轉(zhuǎn)變壓器，在接收到姿態(tài)控制系統(tǒng)下達(dá)的運(yùn)動模式要求后,，對日定向裝置可以通過開展自主運(yùn)動規(guī)劃,，精準(zhǔn)調(diào)整自身狀態(tài)，從而讓太陽翼像“向日葵”一樣實現(xiàn)穩(wěn)定對日,。

“除了對得準(zhǔn),，更難的是如何將這么大、這么軟的太陽翼控制平穩(wěn),?！边@是研制團(tuán)隊在設(shè)計時共同的考量和擔(dān)心。太陽翼有效發(fā)電總面積約220平米,，整翼長55米,，但卻只有打印紙這么軟，任何的輕微振動都能讓它晃晃悠悠擺動,。如果太陽翼轉(zhuǎn)動不平穩(wěn),，將導(dǎo)致空間站姿態(tài)控制出現(xiàn)困難,。因此，“大柔性高穩(wěn)定伺服控制系統(tǒng)”應(yīng)運(yùn)而生,，這套為對日定向裝置量身打造的控制方案,，讓太陽翼能夠“長袖善舞”，實現(xiàn)對太陽的穩(wěn)定跟蹤控制,。

更厲害的是,，當(dāng)太陽電池翼受到外界干擾而導(dǎo)致抖動時，對日定向裝置的控制系統(tǒng)能非常靈敏地察覺,，并進(jìn)行“快速安撫”,，就像“太極推手”一樣化有形于無形，在不到30秒的時間內(nèi),，就能將太陽翼彈性振動能量及時耗散,，給空間站“穩(wěn)穩(wěn)的幸福”,。

高可靠,、也得箍得牢

問天實驗艙此次搭乘的“運(yùn)載專列”，是為空間站建造量身定制的長征五號B運(yùn)載火箭,。它以其安全,、精準(zhǔn)、可靠,，竭誠為空間站“大客戶”提供優(yōu)享服務(wù),。但在火箭的飛行階段，問天實驗艙還是不可避免地會承受很大的上升段載荷,，特別是對日定向裝置安裝在實驗艙最末端的資源艙上,，進(jìn)入火箭整流罩后處于最頂端，受到首當(dāng)其沖的巨大壓力,?！暗缆非f條，安全第一條,?！睘榱吮苊饣鸺l(fā)射階段讓對日定向裝置的“小心臟”不堪重負(fù)，設(shè)計團(tuán)隊采用了一種新型W型包帶,，也就是給對日定向裝置系上了多重保護(hù)的“安全帶”,，讓它在飛行過程中更安心。在實驗艙順利入軌后,，“安全帶”收到指令,、釋放解除，從而讓對日定向裝置自由地驅(qū)動起它的小馬達(dá),，開啟它的逐日旅程,。

本次在軌試驗是大型對日定向裝置在我國空間站組建過程中的“首秀”,，試驗的圓滿成功將為后續(xù)空間站組建以及在軌運(yùn)營奠定堅實的基礎(chǔ)。