什么是“日本定向装置”？简单来说，它主要负责驱动太阳翼旋转，传输舱内外能量。它是中国空间站工程前期首先提上日程的关键技术之一。未来空间站建设完成后，舱内各种科学仪器和有效载荷，包括维持宇航员生命系统的重要设备所需的电能，将依靠大型太阳定向装置高效可靠从机舱外向机舱内传输。可以说，它是名副其实的空间站“能量守护者”。
（资料图片仅供参考）
你有足够的能量并且你必须能够转动
为了满足空间站的电力需求，问天实验舱配备了长27米的大型柔性太阳翼，有效发电面积约110平方米，可以保证持续的能源输入到空间站。但要驱动这两对柔性太阳翼在太空中平稳地“盘旋”，使其能够全天接收来自太阳的阳光，却并不容易。如果我们想象一下，我们一只手拿着一把27米长的“香蕉扇”，以手腕为圆心旋转360，这就要求我们的手腕有很强的承重能力和旋转力量。实验舱上的太阳定向装置相当于我们的手腕。它需要带动太阳翼继续旋转，稳定太阳。
空间站的太阳定向装置为整个舱室提供了不竭的能源，但常年驻扎在舱外所面临的太空环境将严峻考验大型旋转机构。如何确保太阳定向装置准确驱动太阳翼传动装置而不造成运动干扰，是开发团队面临的巨大挑战。为此，开发团队集思广益，设计了一套国内首创的全新“分布式回转支撑驱动传动方案”，可以保证大型导轨即使受热变形，仍能支撑平稳的驱动机构。高温和低温下的膨胀和收缩。旋转并驱动两个巨大的太阳翼实时跟踪太阳。同时，团队还为太阳定向装置加入了“温控外套”，保证太阳定向装置在长期极端高低温的外部环境下始终处于合适的温度范围。
效率高、传输速度快
我们日常生活中使用的电力都是通过发电厂庞大的电网系统输送到千家万户的，而在太阳系中，太阳就是一座天然的“大型发电厂”。但如何将大型柔性机翼产生的数万瓦电能传输到空间站，构建稳定高效的“能源生命线”，让空间站真正实现“用电无忧”呢？
一般来说，大多数航天器都采用传统的滑环导电传输方式。简单来说，滑环就是一个用于连接和传输能量的“旋转接头”。但由于该方法存在滑动磨损，一般适用于千瓦级传输功率的A航天器；空间站的动力传输要求是普通航天器的20倍以上，设计寿命要求高。面对滑动磨损带来的巨大电力消耗，空间站表示“零容忍”！为此，开发团队首创了超高功率、超长寿命的滚环电气传动机构，实现了国内首次采用滚动接触而非滑动接触的大功率传动。为了验证滚环的高可靠性、高效率和长寿命，研发团队在地面进行了20万圈的加速寿命试验评估，相当于在轨工作34年，确保空间站能源接入，产品可靠性100%。高效、流畅。
它必须精确对准并稳定控制。
空间站在轨道飞行过程中如何保持太阳翼与太阳对齐？太阳定向装置的“肚皮”上装有旋转变压器，可以实时采集太阳的旋转角度信息。太阳定向装置接收到姿态控制系统的运动模式要求后，通过自主运动规划，精确调整自身状态。这使得太阳翼能够像“向日葵”一样实现与太阳的稳定对准。
“除了精确对准之外，更困难的是如何顺利控制如此大而柔软的太阳翼。”这是开发团队在设计时共同的考虑和担忧。太阳翼总有效发电面积约220平方米，整个翼长55米。然而，它的柔软程度仅与打印纸一样，任何轻微的振动都会使其晃动。如果太阳翼旋转不均匀，将会给空间站姿态控制带来困难。因此，“大柔性高稳定性伺服控制系统”应运而生。这种为太阳定向装置量身定制的控制方案，让太阳翼“长袖起舞”，实现对太阳的稳定跟踪和控制。
更神奇的是，当太阳能电池翼受到外界干扰而晃动时，太阳定向装置的控制系统能够非常灵敏地检测到并“迅速安抚”它，就像“太极推手”一样，这使得它是看不见的。不到30秒，太阳翼的弹性振动能量就能及时消散，给空间站带来“稳定的幸福感”。
可靠性高，但也需要牢固固定
此次问天实验舱乘坐的“运载列车”是为空间站建设量身定制的长征五号乙运载火箭。以其安全、准确、可靠，竭诚为空间站“大客户”提供优惠服务。但在火箭飞行阶段，问天实验舱在上升阶段不可避免地要承受较大的载荷，特别是太阳定向装置安装在实验舱末端的资源舱上，且在上升阶段处于顶部。进入火箭整流罩。首当其冲承受着巨大的压力。 “道路千万条，安全第一。”为了防止向日定向装置的“小心脏”在火箭发射阶段被压垮，设计团队采用了新型W形绑带，用于将向日定向装置固定在火箭上。太阳。配备多重保护“安全带”，让飞行过程更加安全。实验舱成功入轨后，“安全带”接到命令，松开，太阳定向装置就可以自由地驱动它的小电机，开始它的日常旅程。
此次在轨测试是我国空间站建设过程中大型太阳定向定向装置的“首秀”。此次试验的圆满成功，将为后续空间站建设和在轨运行奠定坚实基础。
来源/上海航天技术研究院
