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【科普】一个翅膀也能飞:为啥有的卫星只有一个太阳翼?

2016-12-16 09:50
孤身万里游
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  最近,中国发射的最先进的静止轨道气象卫星“风云四号”一升空就引发广泛关注。这颗卫星能观测风云温湿,预警冰雪雨雾,还能秒拍500张图“捕捉”闪电。但这颗重约5.4吨的人造卫星只有一侧有“翅膀”,这是为什么呢?

  鸟儿的翅膀能帮助它们翱翔,卫星飞行在接近真空的外层空间,它的“翅膀”不是用来飞的,而是太阳翼,也叫太阳能电池板,是为卫星提供电力的。目前,航天器上的太阳能电池多采用单结或三结砷化镓制成,其转化效率最高在30%左右。

  一般的空间飞行器都采用对称太阳翼的设计,这样有利于卫星在空间保持姿态的稳定。而“风云四号”与早前的“风云三号”气象卫星,因装载的红外探测仪对温度的变化极为敏感,需要对其进行降温以保证探测的精确性。当太阳光照射到太阳帆板上时,会产生红外辐射的反射,影响卫星定标精度和制冷效果,所以采用单太阳翼的设计。

  中国航天科技集团公司八院805所太阳电池翼副主任设计师王威介绍,星上各类载荷的机械转动都可能使太阳翼产生微小晃动,这种晃动传递给卫星可能会干扰其观测的精准性,所以风云四号的太阳翼采用了比较特殊的“T”构型,以缩短太阳翼质心和卫星的距离,减小太阳光压的积累。

  为了确保卫星“不发抖”,中国航天科技集团公司五院502所的专家还专门研究了单翼布局卫星和地球同步轨道空间环境的作用规律,提出了“自适应角动量管理技术”,使卫星能自主诊断快速调整,更平稳地飞行。

  专家说,太阳翼的设计主要是根据卫星的功率需求来确定的。太阳翼发电面积越大、转换效率越高,卫星获取的能源就越多,可装载的设备也就越多。

  不仅卫星有“翅膀”,我国第一辆月球车“玉兔”也拥有一对可以反复收展的太阳翼,其中一侧会像“盖被子”一样在月夜时收起,帮助“玉兔”熬过最低温度达零下180摄氏度的月夜。

  和“玉兔”类似,我国正在研制的火星车的能源获得也靠太阳能,而它有4个“大翅膀”。

  据中国首次火星探测任务工程火星探测器总设计师孙泽洲介绍,由于火星距离地球最远4亿公里,距离太阳更远,光照强度小,而且火星大气对阳光有削减作用,同样的面积下,火星接受太阳光的能量只有月球表面的40%。火星车能源供给比月球车更困难,所以火星车比“玉兔”多设计出两个“翅膀”。


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