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太阳能电池:载人飞船系统动力之源

http://www.sina.com.cn  2008年09月29日12:35   中国电子报

  “神舟”飞船升空后,太阳能电池就开始为飞船提供“源源动力”。主电源太阳能电池阵为左右两翼帆板组成,每翼 分别为4块太阳能电池板,整船共使用太阳能电池11690片,布片系数已达到92.5%。

  “神舟七号”飞船顺利升空后,当指挥中心传来“太阳能电池板展开”的消息时,最激动的莫过于中国电子科技集团 公司第十八研究所的科技人员了,因为他们就是“神七”太阳能电池板的制造者。

  太阳能电池提供“源源动力”

  “神舟”飞船升空后,太阳能电池就要为飞船提供“源源动力”。这一动力之源的提供者就是中国电子科技集团公司 第十八研究所。十八所是我国成立最早、规模最大的化学与物理电源研究所。自1993年以来,中国电子科技集团公司第十 八研究所共为“神舟”飞船生产和提供了从“神舟”一号到“神舟”七号共7条船的配套项目。十八所承担的“神舟”七号载 人航天工程配套研制的主要任务是:SZ-7飞船电源系统太阳能电池阵、SZ-7飞船微小伴随卫星太阳能电池阵、SZ- 7飞船电源分系统母线调理器、地面模拟供电设备、载人飞船姿态控制用太阳角计光电敏感器。为出色完成好承担的“神舟” 七号各项任务,十八所参加研制的广大科研人员精心设计,精密施工,研制和生产的各类产品在“神舟”飞船历次飞行试验中 ,稳定可靠,工作正常,确保了航天飞行试验的圆满成功。

  从“神舟”一号到“神舟”七号,十八所共为“神舟”飞船生产和提供了7条船的太阳能电池阵,总共80块太阳能 电池板,各项技术指标均达到了任务书的要求,并做到了一次交验合格率百分之百的要求。

  “神舟”飞船升空后,太阳能电池翼要展开并完成对日定向跟踪,为飞船提供充足的电能保障。电源分系统是飞船重 要的保障系统之一,它是提供飞船发射、在轨运行、返回全过程电能的唯一系统。太阳能电池阵又是飞船在轨期间唯一主动提 供能源的子系统。

  太阳能电池阵的主要作用是在光照期为整星提供电能,其中供电阵为星上负载直接供电,充电阵为蓄电池组充电。在 阴影区,蓄电池组再将储存的电能输出为星上负载供电。太阳能电池阵是星上电能的直接来源,如果没有太阳能电池阵,整星 将无法工作。可见,太阳能电池阵对于飞船来讲是至关重要的,它是整个卫星的动力来源。

  主电源太阳能电池阵为左右两翼帆板组成,每翼分别为4块太阳能电池板,太阳能电池阵使用单晶硅硼背场高效单体 电池,太阳能电池实际光电转换效率已达15%。整船共使用太阳能电池11690片,布片系数已达到92.5%。光电转 换效率和布片系数已达到国际同类产品的先进水平。

  飞船在地面期间的全部供电工作均由地面模拟供电设备承担。地面模拟供电设备不是简单的供电电源,而是在各种特 性方面均要模拟太阳能电池翼在空间轨道运行时的供电特性。地面设备的供电时间从电源系统单机联试、整船总装后的测试开 始,一直到飞船发射前半小时。十八所先后为我国载人航天工程提供了数套地面模拟供电设备。在全部供电过程中,产品没有 出过任何差错,圆满完成了地面供电任务。

  从“神舟”一号到“神舟”七号,中国电子科技集团公司第十八研究所共有10人次参加发射保驾任务,参试人员均 圆满完成历次发射保驾任务。“神舟”号太阳能电池阵从单体电池的生产到太阳能电池阵的组合,每一步都凝聚了十八所广大 职工的心血和汗水。为了完成“神舟”号太阳能电池生产和太阳能电池阵的任务,实现军工产品一次交验合格率100%的目 标,两年来工程组的同志们一直奋战在生产第一线,几乎没有节假日,克服了种种困难,攻克了一个个技术难关。

  面对“神舟”七号任务的高标准、严要求,十八所广大科技工作者终坚持尊重航天事业发展的客观规律,本着一切从 零开始、一切从头做起的科学态度,始终把质量建设作为工程的生命。在任务实验中,不断强化讲质量就是讲政治,保质量就 是保成功的观念;不断强化发现问题是能力、正视问题是素质、解决问题是政绩的观念;不断强化严上加严、细上加细、精益 求精的观念,从设计源头抓起,从精心生产抓起,从科学管理抓起,进一步健全质量建设的有效机制,实行严格的质量建设责 任制,努力做到组织指挥零失误,技术操作零差错,产品质量零隐患,设施设备零故障,为“神七”任务圆满成功奠定可靠的 质量基础。

  伴星太阳能电池阵护航

  “神舟七号”进入预定轨道后发射了一颗“伴星”,这是我国航天飞船首次发射微小伴随卫星。在这颗“伴星”上装 有CCD立体相机,弹射后,相机近距离拍摄在轨飞行的“神舟七号”,并摄制了中国首张飞船在轨飞行的三维立体外景照片 ,该照片以太空为背景,展现“神七”高速运行的独特景致。这颗“伴星”是一颗小卫星,位于留轨舱的最前端,可按指令自 动弹出飞船,也可由航天员手动操作。“伴星”在完成拍照、传输及一些监测任务后,与母体越来越远,最终自行在太空遨游 。

  在这颗“伴星”的表面,“穿着”严密的“护身铠甲”,这就是SZ-7飞船微小伴随卫星太阳能电池阵,它们的任 务是为“伴星”负载及蓄电池组提供电能,能够最大限度地将太阳能转换成电能。鉴于“伴星”的特殊使命,该太阳能电池具 有效率高、抗辐照性能好、温度特性好、可靠性高等特点。而这一飞船微小伴随卫星太阳能电池阵也是由十八所研制生产的。

  此次,十八所承担的“神舟”七号载人航天工程配套研制的主要任务之一就是“神舟”七号飞船微小伴随卫星太阳能 电池阵。这是我国首次研发的“伴星”太阳能电池阵。

  SZ-7飞船伴星是一种体装式卫星,卫星采用三轴稳定的方式。伴星电源系统设计方案采用全调节直流母线系统。 系统由太阳能电池阵、一组锂离子蓄电池组及一台电源控制器组成。在光照期,太阳能电池将太阳能转变成电能,完成光照期 整星负载用电和为储能蓄电池组充电。在卫星进入阴影期供电或光照期卫星短期峰值负载时有蓄电池组将储存的电能通过放电 调节模块为母线补充放电。

  SZ-7飞船伴星太阳能电池阵为SZ-7飞船伴星的配套产品,太阳能电池阵在光照区为卫星负载供电,并为蓄电 池组充电。SZ-7飞船伴星太阳能电池阵由5块板组成。单体太阳能电池采用三结砷化镓太阳能电池,能够最大限度地将太 阳能转换成电能,单体电池平均效率达26.5%。该太阳能电池具有效率高、抗辐照性能好、温度特性好、可靠性高等特点 。

  驱动电机获取动力关键

  中国电子科技集团公司第二十一研究所,即上海微电机研究所,作为军用微特电机研制、开发龙头单位,不辱使命, 艰苦攻关,至今为各类卫星和飞船配套的产品有60多种,其中为历次“神舟飞船”和地面测控配套的产品有30多项,保质 保量地完成历次配套任务,得到各整机单位和总体单位的好评。

  二十一所为“神舟”七号配套项目共14项,电机155台/套,其中为飞船配套3项,电机12台/套。从“神一 ”到“神七”的历次飞行任务中,承担了太阳能帆板等关键部位的配套任务。二十一所领导十分重视为“神舟”七号配套项目 ,亲自挂帅,缜密组织,精心策划,严格要求,保质保量地完成了配套任务。

  为“神七”飞船配套的三个产品为:两种步进电机,用于太阳能帆板驱动、定位和飞行舱的环境控制,为保障能源供 给、提供宇航员安全舒适的环境及顺利完成飞行任务起到了重大作用;高精度旋转变压器,用于通信天线位位置检测,为保证 数据准确采集和传输起到关键作用。

  太阳能帆板驱动用高自定位力矩步进电机用于太阳能电池板的驱动控制,使太阳能电池板始终面向太阳,以保证飞船 得到所需的能源,在太阳能电池板定位后,电机断电依靠电机的自定位力矩锁定太阳能电池板的位置,该产品是飞船能源系统 的关键元器件,要求电机体积小、能耗低、运行力矩大、高自定位力矩、高可靠性,该电机是二十一所自主创新的技术成果。

  通信天线位置检侧用高精度旋转变压器,该产品用于星船通信天线旋转角度测量,为保证通信天线位置控制系统精度 ,实现星、地和星、船之间通信的数据准确采集和传输起到关键作用。

  温控阀调节驱动用步进电机,该产品用于飞行舱的环境控制系统,驱动控制温度调节控制阀为宇航员提供安全、舒适 的工作环境。

  二十一所为确保工程配套任务完成,成立了以所长为组长、主管质量副所长为副组长的领导小组,领导小组直接全面 负责配套任务的关键问题决策、计划进度协调、人员调整安排和任务质量的监督等配套任务的全过程。同时也成立了强有力的 技术保障小组,随时解决研制中所发生的技术质量问题。

  由于卫星、飞船产品的质量水平要求高,一旦出现质量问题损失巨大,为加强卫星、飞船用上天产品的质量管理,该 所专门制定了《关于加强卫星、飞船用配套产品质量管理工作的有关规定》。此文件在原质量保证体系文件基础上又着重强调 了:第一,特殊标记,严格管理。对卫星、飞船用上天产品,在图纸、工艺卡、质量跟踪卡、材料定额单上都加盖“航天”章 。在各工种加工过程中,班组长派工时引起高度重视,派给技术水平高、责任心强的操作者加工,操作者同样也会引起高度注 意,以保证质量。第二,明确阶段,加强技术状态管理。对卫星、飞船上天等产品加严阶段技术、质量状态管理,规定初样就 要进行环境试验考核才能交付用户试用。产品的交付、转阶段都要进行质量评审。第三,加强关键零部件的过程控制。对关键 零部件加严过程控制,对一般常规检查不易发现的质量隐患,进行环境应力试验筛选。此一系列质量管理措施,保证了工程配 套任务的顺利完成。


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