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柔性太陽翼試水 航天能源迭代

來源:北京商報網(wǎng)    發(fā)布時間:2023-07-28 06:25:12

7月27日,北京商報記者從銀河航天獲悉,銀河航天靈犀03星堆疊壓緊分離機(jī)構(gòu)在軌分離成功,柔性太陽翼已展開,在軌運行順利。據(jù)悉,這是我國首款使用柔性太陽翼的衛(wèi)星。柔性太陽翼是什么?會給我國航空航天發(fā)展(000547)帶來哪些價值?北京商報記者就此對話了銀河航天專業(yè)總師楊巧龍。

超薄“翅膀”


(資料圖片)

銀河航天靈犀03星顛覆了傳統(tǒng)衛(wèi)星設(shè)計思路和物理形態(tài),采用平板式、開敞的構(gòu)型,將所有單機(jī)設(shè)備直接平鋪外掛在衛(wèi)星平板結(jié)構(gòu)上,這樣可以大幅節(jié)約空間、充分利用火箭的運載能力。

值得注意的是,為了更大程度減少體積,銀河航天靈犀03星使用了柔性太陽翼,這也是我國首顆采用柔性太陽翼的衛(wèi)星,此前我國只有在空間站上使用過這種技術(shù)。

楊巧龍告訴北京商報記者,銀河航天靈犀03星采用的“柔性的翅膀”非常薄,單層柔性太陽板厚度僅1毫米左右,它可以像古代的“奏折”一樣折疊,裝在火箭里時為折疊狀態(tài),主體厚度僅為不到5厘米;在軌工作時,“翅膀”拉開長度約9米,寬度超過2.5米。

據(jù)悉,柔性基板可以大幅壓縮太陽板的厚度,實現(xiàn)包絡(luò)小、重量輕、模塊化的優(yōu)點,同時柔性太陽翼的技術(shù)復(fù)雜度要明顯高于剛性太陽翼。

能源之選

要想提高航天器的功能,能源保障首當(dāng)其沖。

當(dāng)前,衛(wèi)星等航天器上的能源來源有三種:一是蓄電池,二是太陽能(000591),三是核發(fā)電。楊巧龍介紹,在早期對于航天器功能要求不高的階段,通過蓄電池提供能源足夠使用。“今天,航天器的功能越來越強(qiáng)大,壽命越來越長,也就需要更多的能源,以最高效的氫氧燃料為例,滿足2千瓦級別的衛(wèi)星在軌工作三年需要燃料超過10噸,而2千瓦級衛(wèi)星本身重量也就1噸左右。同樣,僅靠攜帶蓄電池更不能滿足用電需求。因此,在軌獲取能源最常用的方式是太陽能電池供電。”

早期使用體裝式太陽電池陣進(jìn)行供能,隨著功率需求的不斷提升,太陽電池陣的面積需求遠(yuǎn)超衛(wèi)星星體表面面積,展開式太陽電池陣就成為必然選擇,也就是給航天器提供能源的“翅膀”。

據(jù)楊巧龍介紹,通常來說,“翅膀”貼有半導(dǎo)體硅電池片或砷化鎵電池片,可以把太陽光的光能轉(zhuǎn)換成電能,持續(xù)地為航天器提供充足的能源,面積越大,功率越高。在過去的60多年里,“翅膀”不斷地隨著需求牽引升級,當(dāng)前,全球各大航天公司也紛紛開展“翅膀”的通用化和批產(chǎn)化工作,并加速各型柔性“翅膀”的研發(fā)。

楊巧龍認(rèn)為,未來航天器的“翅膀”將不僅可以為航天器提供充足的能源支持,還有望組成“空間太陽能電站”,為全球提供真正取之不盡用之不竭的能源解決方案,是人類能想象到的能源利用形式最優(yōu)解之一,“未來星際旅行和太空家園建設(shè)不再遙遠(yuǎn)”。

加速迭代

能源之外,加速衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)也是柔性太陽翼的重要價值之一。2020年4月,衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)作為通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的代表之一,首次被納入新基建信息基礎(chǔ)設(shè)施的范疇,標(biāo)志著衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略性工程。

根據(jù)英國科學(xué)新聞網(wǎng)站7月17日報道,大視野研究公司的一份報告顯示,2022年,衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)市場的規(guī)模為82.3億美元,預(yù)計到2030年將達(dá)到225.7億美元。到這個十年末,全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量將從2020年的4300萬增至1.1億。

此前,太空探索技術(shù)公司(SpaceX)創(chuàng)始人埃隆·馬斯克和SpaceX帶頭創(chuàng)建了名為“星鏈”的高帶寬衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。截至2023年5月,“星鏈”系統(tǒng)涵蓋了在近地軌道運行的4000多顆衛(wèi)星并在全球擁有大約150萬用戶。資料顯示,盡管“星鏈”取得了成功,但它的市場份額僅為3.5%左右,預(yù)計未來的增長將由非洲、亞洲、拉丁美洲等地的發(fā)展中國家推動。

在我國,銀河航天作為我國首個商業(yè)航天及衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的獨角獸企業(yè),柔性太陽翼的應(yīng)用則將進(jìn)一步助其加速低軌衛(wèi)星星座建設(shè)。

楊巧龍介紹,新型柔性太陽翼與平板堆疊式衛(wèi)星完美契合,既滿足了平板堆疊的包絡(luò)需求,又讓衛(wèi)星在更加輕巧的同時保證大功率輸出,更能大幅節(jié)約發(fā)射成本,提高衛(wèi)星星座的組網(wǎng)效率,有助于加速衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)部署?!斑@種‘柔性翅膀’具有包絡(luò)小、重量輕、模塊化等特點,更易于收納,同樣質(zhì)量下面積更大,可以吸收更多太陽能,適合衛(wèi)星大批量堆疊發(fā)射,對加速衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)具有重要意義。”

不過,雖然柔性太陽翼技術(shù)更為復(fù)雜,且相對而言更為先進(jìn),但并非適合于所有航天器。因此,銀河航天也在積極開發(fā)各類剛性太陽翼產(chǎn)品,為小功率的衛(wèi)星提供最優(yōu)選擇。

北京商報記者 金朝力 冉黎黎

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