酷游地址:天和号中心舱的柔性太阳翼和霍尔电推为什么称为我国航天又一立异

　　2021年4月29日上午11时许，搭载我国首个空间站中心舱的长征五号B遥二运载火箭，在海南文昌航天发射中心101发射工位飞向太空，11时30许天和号中心舱成功进入预订工作轨迹。天和号中心舱的发射成功不只代表了我国在天宫空间站建造开展上成功迈出了最重要的第一步，更重要的是天和号的发射成功，也为后续我国发射其他中心舱段、甚至我国将会成为未来至少十年内仅有一个长时间在轨工作载人空间站的国家奠定了最重要的根底一步。

　　看了天和号中心舱发射直播的朋友从整个发射动画中或许看到了许多不相同的画面，比方天和号中心舱的尺度比较前几年发射的天宫二号方针飞翔器更大、在天和号中心舱的头部装有和其他航天器对接的节点舱、在天和号尾部也有对接其他航天器的对接舱口等等，可是在我眼中，天和号中心舱上有两项最大的立异是肉眼不太简单看到的立异。

　　一、天和号中心舱直径较粗的尾部抛弃了传统的化学燃料发起机，在紧迫时间需求变轨操作推动器上仍然连续了原有的化学燃料火箭推动器，可是在运用更为频频、运用时间更长的姿势控轨发起机上，立异性地选用了我国自主研发、具有世界领先水准的LHT-100型霍尔电推推动器，其比冲高达3058秒。霍尔电推动器原理其实也很简单:先将汞注入电离室，然后将太阳能帆板发生的电能经过电子枪注入电子，推动剂在推动器中被电场加快，霍尔推力器将电子束缚在磁场中，并运用电子电离推动剂，加快离子发生推力，并中和羽流中的离子，然后得到极高的排气速度，继而许多进步比冲。在出口邻近再装一把电子枪，向离子束注入电子，使其中性化，康复成原子。否则带电离子会沾满整个航天器，发起机内部也会堆集电子发生静电，各种费事。

　　霍尔电推推动器比较传统的化学燃料火箭发起机而言，最大的优势便是比冲特别高，比方现阶段化学燃猜中比冲最高的氢氧火箭发起机比冲最大还没超越500S，可是运用电能作为供给源的霍尔推动器比冲高达3000S以上，了解航天的朋友都知道火箭发起机的比冲进步一秒关于火箭的载荷进步、轨迹高度进步、火箭发射本钱等方面进步有多大，比方发射天和号中心舱的长征五号B运载火箭为什么在芯一级没有配备推力更大YF100液氧火油火箭发起机，反而挑选了推力较小的YF77氢氧火箭发起机，便是由于YF77氢氧火箭发起机比冲高达428秒，而YF100液氧火油火箭发起机线秒，燃料的不同使得火箭发起机的比冲相差将近100秒，这100秒放在火箭上的优势便是长征五号的芯一级推力继续事情更长、单位时间内芯一级的飞翔间隔更远、推重比更高等等。

　　所以此次天和号中心舱在运用愈加频频的日常姿轨发起机上选用比冲更高的霍尔推动器，便是看中了霍尔推动器超高的比冲优势。由于航天器在绕轨工作期间，受地球引力影响，航天器工作的轨迹高度会不断下降，并终究与大气层触摸发生高温冲突、甚至烧毁在大气层内（许多航天器退役后就会挑选下降高度并坠毁焚烧在大气层内），所以许多航天器在工作期间，需求定时翻开发起机加快使得轨迹高度不断抬升以难免坠毁在大气层内，比方国际空间站除了定时需求发动本身发起机加快来抬升工作轨迹高度外，在迎候包含航天飞机在内的许多航天器对接时，都会凭借这些航天器本身搭载的发起机推力来进步轨迹高度，究竟大部分航天器脱离国际空间站都都会挑选坠毁在大气层内，所以趁机占点廉价也算是节省了几十亿美元的燃料补给本钱。

　　霍尔推动器超高的比冲优势使得天和号中心舱、甚至未来整个天宫空间站在绕轨工作期间，发起机只需求继续焚烧几秒钟就可加快到更高绕地速度、轨迹高度抬升作用更给显着。并且比较国际空间站的姿轨发起机需求定时依托货运飞船弥补燃料外，霍尔推动器运用的是电能，而超高的发电功率是天和号中心舱甚至整个天宫空间站的优势地点，也便是说天和号中心舱甚至整个天宫空间站在未来的几十年绕轨工作期间，并不需求定时发射天舟货运飞船弥补燃料，怪不得从发布的未来几年航天发射方案中看，天舟货运飞船的发射次数比载人的神舟飞船发射次数都少，基本上三年只需求发射两次即可，明显最大的优势便是节省了每次发射至少需求十几亿的发射本钱。也便是说平常中心舱装载的太阳能帆板所发生的电能就能满意中心舱内部的日常用电，和用于轨迹操控的霍尔推动器用电需求。

　　二、已然有功率这么高的霍尔推动器，在推动动力上现已取得了极大的立异和驱动，那么怎么长效、高效的确保为其供给连绵不断的电能就成了最大的问题。在天和号中心舱上选用的太阳能电池板技能，比较之前神舟、天舟、天宫一二号等航天器选用的刚性、半刚性太阳能帆板，基本上都是单个大尺度太阳能板直接叠加在一起比较，存在体积大、光电转化功率低一级缺陷而言，天和号中心舱和后续舱段运用的“柔性太阳能翼”具有柔性翼折叠状况体积更小、打开面积更大、功重比更高的优势。这也是咱们在天和号中心舱发射动画中，看到天和号中心舱在封闭整流罩前，舱外两边看不到传统大尺度太阳能帆板、在发射入轨后其太阳能翼打开方法非比寻常的原因地点。

　　具体来说的话，比较传统刚性或许半刚性太阳能帆板都得依托一个刚性支架坚持结构安稳和帆板之间的硬性衔接而言，柔性太阳能翼就相当于咱们把一张手软的纸张经过折痕使其发生刚性相同，最大的优势便是取消了传统的刚性支架，一起没有支架的阻止折叠后单片太阳能电池板之间的缝隙也更为严密，这样在航天器和整流罩之间有限的空间内能够规划多片打开尺度更大的太阳能电池板，比方天和号中心舱两边选用的大面积可缩短柔性太阳能翼缩短在一起的时分占地面积很小，可是彻底打开后面积高达134平米，尺度更大的太阳能翼也能发生更多的电能。

　　航天器在绕着星球工作的进程中，跟着航天器与发生光源的太阳之间的工作夹角处于时间改动进程要素影响，航天器两边的太阳能帆板也由于与太阳之间的夹角和本身光电转化功率不同，发生的电能有所不同，所以前期的刚性太阳能帆板只能经过伺服电机实时调整太阳能帆板和太阳之间的夹角，使得太阳能帆板尽或许得处在最佳倾角、以确保更大的发愣呢功率。

　　可是受视点影响，特别是刚性太阳能帆板之间的晃动等原因影响，从挨近航天器舱外开端越挨近帆板最外沿发电功率越低，这也是刚性太阳能翼本身固有的缺陷无法改动。可是这种缺陷在柔性太阳能翼上都不存在，柔性太阳能翼在电池板材猜中添加了回忆金属和热敏资料，使得航天器在做圆周运动时，尽管航天器和太阳之间的夹角处于不断改动之中，可是柔性太阳能翼电池材猜中的回忆金属和热敏资料能够实时感受到来自太阳光的辐射温度凹凸，经过温度凹凸来确保柔性太阳能翼的每一寸面积都朝向最佳视点，以发生更多的电能，一起回忆金属的参加也使得跟着柔性太阳能翼不会跟着倾角的不断改动而无法康复原样，以面临圆周运动又一圈开端后的光照需求。