Das Debüt war ein Erfolg! Das große Solarorientierungsgerät auf der Raumstation ist ein echter Blickfang

Am 28. Juli 2022, vier Tage nach dem Start des Wentian-Experimentiermoduls, wurde das erste groß angelegte Solarorientierungsgerät meines Landes, das an Bord des Moduls mitgeführt wurde, offiziell vorgestellt und absolvierte erfolgreich eine Reihe von Leistungstests im Orbit. Alle Indikatoren zeigten eine gute Leistung. Die Raumstation meines Landes hat erfolgreich eine Ausrichtung zur Sonne mit zwei Freiheitsgraden erreicht.

Was ist ein „Sonnenzielgerät“? Einfach ausgedrückt ist es hauptsächlich für den Antrieb der Rotation der Solarmodule und die Energieübertragung innerhalb und außerhalb der Kabine verantwortlich. Es handelt sich um eine der Schlüsseltechnologien, die bereits in der Anfangsphase des chinesischen Raumstationsprojekts auf die Tagesordnung gesetzt wurde. Nach Abschluss des Baus der zukünftigen Raumstation werden alle Arten wissenschaftlicher Instrumente und Nutzlasten in der Kabine, einschließlich der Elektrizität, die zur Aufrechterhaltung der wichtigen Ausrüstung der Lebenssysteme der Astronauten benötigt wird, auf groß angelegte, in Sonnenrichtung ausgerichtete Geräte angewiesen sein, um effizient und zuverlässig Energie von außerhalb der Kabine ins Innere zu übertragen. Man kann sagen, dass es der wahre „Energiewächter“ der Raumstation ist .

Stark und wendig

Um den Strombedarf der Raumstation zu decken, verfügt der große flexible Solarflügel, der auf dem Wentian-Labormodul installiert ist, über eine Flügellänge von 27 Metern und eine effektive Stromerzeugungsfläche von etwa 110 Quadratmetern, wodurch eine stetige Energieversorgung der Raumstation sichergestellt werden kann. Allerdings ist es nicht einfach, diese beiden flexiblen Solarflügel so anzutreiben, dass sie gleichmäßig im Weltraum „kreisen“, sodass sie rund um die Uhr Sonnenlicht empfangen können. Stellen wir uns vor, wir halten einen 27 Meter langen „Bananenfächer“ in einer Hand und drehen ihn mit dem Handgelenk als Mittelpunkt um 360°, so erfordert dies eine hohe Tragfähigkeit und Rotationskraft unseres Handgelenks. Das Solarorientierungsgerät an der Experimentierkabine entspricht unserem Handgelenk. Es muss dafür sorgen, dass sich die Solarmodule kontinuierlich drehen und stabil der Sonne zugewandt sind.

Das Solarorientierungsgerät der Raumstation liefert unerschöpfliche Energie für die gesamte Kabine, doch die Weltraumumgebung, der die Menschen ausgesetzt sind, die sich für längere Zeit außerhalb der Kabine aufhalten, stellt die großen Rotationsmechanismen auf eine harte Probe. Für das Forschungs- und Entwicklungsteam stellt es eine enorme Herausforderung dar, sicherzustellen, dass das Solarausrichtungsgerät die Solarmodule präzise ansteuert, ohne dass es zu Störungen kommt. Zu diesem Zweck hat das Forschungs- und Entwicklungsteam eine neue, landesweit einzigartige „Lösung zur verteilten Antriebsübertragung für Schwenkunterstützung“ entwickelt. Diese gewährleistet, dass die große Führungsschiene auch dann noch die gleichmäßige Drehung des Antriebsmechanismus unterstützt, wenn sie durch Wärmeausdehnung und -kontraktion bei hohen und niedrigen Temperaturen verformt wird, wodurch die beiden riesigen Solarflügel in Echtzeit der Sonne folgen. Gleichzeitig hat das Team dem in Sonnenrichtung ausgerichteten Gerät eine Schicht „Temperaturkontrollmantel“ hinzugefügt, um sicherzustellen, dass sich das in Sonnenrichtung ausgerichtete Gerät auch bei langfristig extrem hohen und niedrigen Außentemperaturen immer in einem geeigneten Temperaturbereich befindet.

Hohe Effizienz und schnelle Übertragung

Der Strom, den wir in unserem täglichen Leben verbrauchen, wird über das riesige Stromnetz der Kraftwerke an Tausende von Haushalten geliefert. Im Sonnensystem ist die Sonne ein natürliches „Großkraftwerk“. Doch wie lassen sich die Dutzenden Kilowatt an Elektrizität, die von den großen, flexiblen Flügeln erzeugt werden, zur Raumstation übertragen, eine stabile und effiziente „Energie-Lebensader“ aufbauen und die Raumstation wirklich „sorgenfrei in Sachen Elektrizität“ machen?

Im Allgemeinen verwenden die meisten Raumfahrzeuge die traditionelle Schleifring-Leitungsübertragungsmethode. Einfach ausgedrückt ist ein Schleifring eine „Drehverbindung“, die zum Verbinden und Übertragen von Energie verwendet wird. Aufgrund des Gleitverschleißes ist dieses Verfahren jedoch grundsätzlich für Raumfahrzeuge mit einer Leistungsübertragung im Kilowattbereich geeignet. Der Energieübertragungsbedarf der Raumstation ist mehr als 20-mal so hoch wie der eines gewöhnlichen Raumfahrzeugs und die Anforderungen an die Lebensdauer sind hoch. Angesichts des enormen Energieverbrauchs durch Gleitverschleiß drückt die Raumstation „Null Toleranz“ aus! Zu diesem Zweck hat das Forschungs- und Entwicklungsteam einen elektrischen Rollring-Übertragungsmechanismus mit ultrahoher Leistung und ultralanger Lebensdauer entwickelt und durch den Ersatz des Gleitkontakts durch einen Rollkontakt die erste Hochleistungsübertragung in China realisiert. Um die hohe Zuverlässigkeit, Effizienz und Lebensdauer des Rollrings zu überprüfen, führte das Forschungs- und Entwicklungsteam 200.000 Zyklen beschleunigter Lebensdauertests am Boden durch, was 34 Jahren Arbeit im Orbit entspricht und den effizienten und reibungslosen Energiedurchgang der Raumstation mit 100-prozentiger Produktzuverlässigkeit gewährleistet.

Seien Sie präzise und kontrollierbar

Wie können die Solarmodule während der gesamten Umlaufbahn der Raumstation auf die Sonne ausgerichtet bleiben? Das Solarorientierungsgerät ist in seinem „Bauch“ mit einem rotierenden Transformator ausgestattet, der Echtzeitinformationen zum Rotationswinkel der Sonne erfassen kann . Nach Erhalt der vom Lageregelungssystem ausgegebenen Bewegungsmodusanforderungen kann das Solarorientierungsgerät eine autonome Bewegungsplanung durchführen und seinen eigenen Zustand genau anpassen, sodass der Solarflügel wie eine „Sonnenblume“ eine stabile Ausrichtung zur Sonne erreichen kann.

„Neben der genauen Ausrichtung besteht die größere Herausforderung darin, einen so großen und weichen Solarflügel stabil zu steuern.“ Dies war die gemeinsame Überlegung und Sorge des Forschungs- und Entwicklungsteams während des Designprozesses. Die gesamte effektive Stromerzeugungsfläche des Solarflügels beträgt etwa 220 Quadratmeter und der gesamte Flügel ist 55 Meter lang . Allerdings ist er nur so weich wie Druckerpapier und kann schon bei der kleinsten Vibration ins Schwanken geraten. Wenn sich die Solarmodule nicht reibungslos drehen, kommt es zu Problemen bei der Lageregelung der Raumstation. So entstand das „hochflexible und hochstabile Servosteuerungssystem“. Diese auf das Solarrichtungsgerät zugeschnittene Steuerungslösung ermöglicht den Solarmodulen einen „Tanz mit langen Ärmeln“ und eine stabile Nachführung und Steuerung der Sonne.

Noch erstaunlicher ist, dass das Steuersystem des Solarorientierungsgeräts Erschütterungen der Solarmodule durch äußere Einflüsse sehr empfindlich erkennt und „schnell beruhigt“, genau wie „Tai Chi Push Hands“, das das Greifbare ins Ungreifbare verwandelt. In weniger als 30 Sekunden kann die elastische Schwingungsenergie der Solarmodule rechtzeitig abgebaut werden, was der Raumstation „stabiles Glück“ verleiht.

Hohe Zuverlässigkeit, aber auch starke

Bei dem „Sondertransportzug“, den das Wentian-Labormodul dieses Mal mitnahm, handelt es sich um die speziell für den Bau der Raumstation entwickelte Trägerrakete Langer Marsch 5B. Mit seiner Sicherheit, Präzision und Zuverlässigkeit ist es darauf ausgerichtet, den „großen Kunden“ der Raumstation erstklassige Dienste zu bieten. Während der Flugphase der Rakete wird das Wentian-Labormodul jedoch zwangsläufig eine große Aufstiegslast tragen, insbesondere das Solarorientierungsgerät, das am Ressourcenmodul ganz am Ende des Labormoduls installiert ist. Nach dem Eintritt in die Raketenverkleidung liegt es oben und ist dem enormen Druck am stärksten ausgesetzt. „Es gibt Tausende von Straßen, aber die Sicherheit steht an erster Stelle.“ Um zu verhindern, dass das „kleine Herz“ des Sonnenrichtgeräts während der Raketenstartphase überlastet wird, hat das Designteam einen neuen W-förmigen Gurt verwendet, der als „Sicherheitsgurt“ mit mehreren Schutzmechanismen für das Sonnenrichtgerät dient und so für mehr Sicherheit während des Fluges sorgt. Nachdem das Versuchsmodul erfolgreich in die Umlaufbahn eingetreten war, erhielt der „Sicherheitsgurt“ einen Befehl und wurde gelöst, sodass das Solarorientierungsgerät seinen kleinen Motor frei antreiben und seine Reise zur Sonne beginnen konnte.

Dieser Test im Orbit ist die „erste Vorführung“ des groß angelegten, sonnengerichteten Richtungsgeräts im Zuge des Baus der Raumstation meines Landes. Der vollständige Erfolg des Tests wird eine solide Grundlage für den anschließenden Bau der Raumstation und den Betrieb im Orbit legen.

(Shanghai Institut für Technologie)