◎姜景明 赵真 花剑章 科技日报记者 付毅飞 史诗
向日葵会跟着太阳转动，这是因为花盘下面有植物生长素。
问天实验舱的柔性太阳电池翼也能实时追踪太阳位置。它的“生长素”是一台配置在实验舱尾端的大型对日定向装置。
2022年7月28日，大型对日定向装置正式登台首秀，各项在轨性能指标均表现优异。
作为中国空间站工程立项初期最先提上日程的关键技术之一，中国航天科技集团八院研制的大型对日定向装置事关整个空间站能源传输的可靠性。空间站上的各类科学仪器、有效载荷，包括维持航天员生命系统的重要设备所需电能，均需依赖大型对日定向装置。
超低损耗“导电滚环”实现空间站能源通路高效畅通
对于太阳电池翼产生的电能，绝大部分航天器采用旋转式导电滑环传输，这是目前国际上比较传统的导电方式。
由于存在滑动磨损，这种方式适用于导电功率不大且寿命不太长的航天器。而空间站的功率传输需求是普通航天器的20余倍，设计寿命10年以上，滑动摩擦产生的损耗就不能接受了。
由此，适用于超大功率和超长寿命的滚环电传输机构应运而生。这是国内首次采用滚动替代滑动接触方式实现大功率传输。
设计师从滚动结构稳定性、低接触电阻表面处理以及导热散热等方案设计入手，经过大量推演和试验验证，有效解决了传统滑环摩擦磨损大和导电效率低等难题。
首次在轨应用之前，该产品已通过等效在轨工作18年十万两千圈的加速寿命试验考核。
为大型机械传动机构“增肌减脂”
驱动大型太阳电池翼实现对日定向追踪，是对日定向装置的主要功能。这是继国际空间站以后，人类历史上第2次研制如此庞大的空间旋转类电传输机构。
按照传统方案，在满足承载和驱动能力的前提下，仅米级大轴承重量就达到400公斤，显然臃肿笨重的机械传动方案并不适用。
为此，研制团队全新设计了一套国内首创的“分布式回转支撑驱动传动方案”，采用“化整为零”思路，在对日定型装置主体圆形导轨和末端之间设计了8个独立均布的回转支撑组件，有如“摩天轮”上的8个小客舱，代替大型轴承方案实现转动。回转支撑组件有3个抓手紧紧压在截面为正三角形的大导轨面上，保证太阳电池翼转动时不会发生倾覆。全套重量仅36公斤，远小于传统大轴承方案。
怎样平稳舞动两面巨大柔软的“芭蕉扇”
怎么能让太阳翼时刻保持对准太阳？
设计师在太阳电池翼的末端安装了一个太阳敏感器，它会实时监测太阳光入射角度，此时姿态控制系统会给大型对日定向装置发送控制指令，进行调整。
难度最大的不是对得准，而是如何将这么大这么软的太阳电池翼控制平稳。
太阳电池翼总面积超过276平方米，整个翼长55米，而厚度只有0.7毫米。转动这么大的太阳电池翼，就像在太空中舞动两面巨大的芭蕉扇。这个芭蕉扇只有A4纸这么软，任何的风吹草动都能让它晃晃悠悠。
太阳电池翼转动不平稳，会直接反作用在空间站上，导致空间站控制不平稳，让航天员在里面“晕车”。所以在对日定向装置设计之初，实现高稳定驱动控制就成为核心关键技术。
“大柔性高稳定伺服控制系统”是为对日定向装置量身打造的控制方案。这套系统不仅能将太阳电池翼平稳地舞动起来，实现对太阳跟踪控制，更厉害的是在太阳电池翼受到外界干扰而抖动时，系统能敏锐察觉、主动作为、快速安抚，像“太极推手”一样化有形于无形，只需不到半分钟，就能将太阳电池翼弹性振动能量主动耗散。
控制系统还能通过控制参数上注调整，适应对日定向装置长期在轨工作后的性能衰退，在未来漫长岁月中守护它平稳运行。
编辑：王宇
审核：朱丽
