航天器“翅膀”為太陽能電池翼，即太陽能帆板或太陽電池陣，它能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)化為電能，是航天器執(zhí)行任務(wù)時(shí)必不可少的“能量之源”（圖1）。根據(jù)其發(fā)展歷程，太陽能電池翼相關(guān)技術(shù)可分為第一代剛性太陽電池陣技術(shù)（神舟系列載人飛船）、第二代半剛性模塊化太陽電池陣技術(shù)（天舟系列貨運(yùn)飛船）、第三代柔性太陽電池陣技術(shù)（天和核心艙）。
圖1 太陽能電池翼一側(cè)
根據(jù)目前航天器功能、空間站發(fā)展趨勢(shì)的不斷變化提升，航天設(shè)備對(duì)電能的需求越來越大，原有剛性太陽能電池陣已不能滿足航天需求，而大面積、輕型的半剛性和柔性太陽能電池陣逐漸受到關(guān)注。新型電池陣采用新型材料和編織結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)輕、工作溫度低、耐原子氧、雙面發(fā)電（宇宙射線能力強(qiáng)、可以利用地球的反照光實(shí)現(xiàn)）、使用壽命良好等優(yōu)點(diǎn)[1]，是我國(guó)航天飛行器電源系統(tǒng)的最佳選擇。
在半剛性模塊化太陽電池陣技術(shù)（圖2）中，關(guān)鍵材料之一的半剛性電池基板網(wǎng)格需要滿足質(zhì)輕、結(jié)構(gòu)致密、伸率低、表面平整、網(wǎng)格某些部位遭破壞時(shí)不會(huì)影響其它部分結(jié)構(gòu)等特殊使用條件和環(huán)境的限制。東華大學(xué)陳南梁團(tuán)隊(duì)使用玻璃纖維編織高密度、高質(zhì)量經(jīng)編織物，自主研究提出“經(jīng)編技術(shù)成圈理論”，克服玻璃纖維延伸率低、編織過程中易出現(xiàn)紗線斷頭、織物破洞等問題，在傳統(tǒng)經(jīng)緯交織基礎(chǔ)上繼續(xù)在45°甚至20°等方向上再編一路，制備后的電池基板形成中空結(jié)構(gòu)，不僅散熱性能好，還可以雙面發(fā)電，向陽一面吸收陽光發(fā)電，背陽一面利用地球反光發(fā)電，同步開發(fā)適用于特種玻璃纖維的“特種整經(jīng)工藝”及我國(guó)首臺(tái)航天特種玻璃纖維織造用經(jīng)編機(jī)。
圖2 二維多次展開半剛性太陽翼
在第三代柔性太陽電池陣技術(shù)中，研究人員采用柔性三結(jié)砷化鎵太陽電池陣技術(shù)，將十幾萬片柔性太陽電池組合到一起，供電能力在32kW以上，光電轉(zhuǎn)換效率突破30%，滿足了空間站載荷供電需求（圖3）。為了減輕重量，研究人員采用超薄型輕質(zhì)復(fù)合材料作為粘貼太陽能電池片的基板，問天實(shí)驗(yàn)艙太陽翼翼展超過55m，單翼展開面積可達(dá)110m2，全部收攏后厚度只有18cm。此外夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙配備了2套大型柔性太陽翼，單翼翼展長(zhǎng)達(dá)27m，單套太陽翼展開面積達(dá)到138 m2，單個(gè)功率達(dá)18kw。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙的太陽翼讓空間站日發(fā)電量可達(dá)1000kW/h，真正實(shí)現(xiàn)“用電無憂”。
圖3 雙自由度桁架式柔性太陽能帆板
同時(shí)為解決太陽能柔性電池翼長(zhǎng)壽命空間環(huán)境適應(yīng)性難題，柔性基板以“絲網(wǎng)印刷”基本原理為啟發(fā)，通過研制自動(dòng)化設(shè)備精確控制壓力、角度、速度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)柔性基板防護(hù)涂層自動(dòng)均勻涂覆，順利通過大劑量原子氧、高低溫、紫外等環(huán)境考核試驗(yàn)，為產(chǎn)品披上“防護(hù)鎧甲”，有效解決了空間站工程技術(shù)瓶頸問題。
電源分系統(tǒng)被譽(yù)為“航天飛機(jī)的心臟”，而相關(guān)半剛性電池基板玻璃纖維網(wǎng)格技術(shù)過去被美俄掌握并壟斷[2]，我國(guó)紡織工作者在短短幾年內(nèi)成功研制并創(chuàng)新了其中的編織技術(shù)和編織裝備，不僅為今后中國(guó)發(fā)展大型空間飛行器及大型空間實(shí)驗(yàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，也為中國(guó)經(jīng)編技術(shù)進(jìn)入高端技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域邁出了更堅(jiān)實(shí)的一步。
（聲明：資料來源于網(wǎng)絡(luò)公開資料整理。本文圖文無商用，僅用于科普知識(shí)公益?zhèn)鞑?，如有侵?quán)請(qǐng)聯(lián)系刪除。）
相關(guān)鏈接：
《系列科研成果對(duì)接國(guó)家使命 東華“智造”織就空天強(qiáng)國(guó)夢(mèng)》
參考文獻(xiàn)：
[1] 陳建祥，王治易，董毅，等. 玻璃纖維柔性網(wǎng)格織物的編織工藝穩(wěn)定性研究[J]. 玻璃鋼/復(fù)合材料. 2010(02): 59-61.
[2] 陳金燦. 特種經(jīng)編撬動(dòng)“太空經(jīng)濟(jì)”[J]. 紡織機(jī)械. 2015(03): 14-15.
