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揭秘神州系列飞船上的电力系统

2012-06-21 09:09阅读:
  神舟系列飞船一次次成功飞天,吸引了全世界的目光。每当它们成功伸展开太阳帆板双翼,展现出太空遨游的曼妙身姿,身处地面的人们都不禁为之振奋欢呼。那一瞬间意味着,神舟飞船可以吸纳太阳的能量,转化为电力为己所用,由此,飞船执行近地轨道任务步入正轨。
  在神州飞船各大分系统中,电力系统是可靠性要求最高的系统。它相当于飞船的“心脏”,是飞船在太空完成一系列复杂工作的基础保障,其中包含着设计者们的大量心血和巧妙思维。纵览从神舟一号到刚刚发射升空的神舟九号,人们可以看到飞船的电力系统设计与时俱进,其功能逐渐强大,凸显着现代科技的坚强力量。  
  神州一号
  发射时间:1999年11月20日6时
  运载火箭:新型长征二号F捆绑式火箭
  配备太阳电池帆板,返回舱配备供电系统,以电池作为电源。航天员系统和飞船应用系统除个别设备参加试验外,其余绝大部分设备为工艺件,不加电工作。
  神舟二号
  发射时间:2001年1月10日1时0分3秒
  运载火箭:新型长征二号F捆绑式火箭
  采用两对太阳能电池帆板构型,其中推进舱两侧装有20余平方米的主太阳能电池阵,轨道舱两侧也装有太阳能电池阵。
  神舟三号
  发射时间:2002年3月25日22时15分
  运载火箭:新型长征二号F捆绑式火箭
  电力系统与神舟二号大致相同。
  神州四号
  发射时间:2002年12月30日0时40分
  运载火箭:新型长征二号F捆绑式火箭
  在推进舱和轨道舱各安装了太阳电池翼。推进舱太阳电池翼总面积24.48平方米,展开后翼展宽度约17米;轨道舱太阳电池翼总面积12.24平方米,展开后翼展宽度约10.4米。飞船内配置有较为完善的供配电系统。
  神舟五号
  发射时间:2003年10月15日9时
  运载火箭:新型长征二号F捆绑式火箭
  飞船两侧各有一对太阳翼,除去三角部分,太阳翼的面积为2.0×7.5米。与前面轨道舱的电池翼加起来,平均
发电功率在1.5千瓦以上。电池翼除了所提供的电力较大外,还可以绕连接点转动,不管飞船怎样运动,它始终可以保持最佳方向获得最大电力,免去了“翘向太阳”所要进行的大量机动,这样可以在保证太阳电池阵对日定向的同时,进行飞船对地的不间断观测。
  神舟六号
  发射时间:2005年10月12日上午9时
  运载火箭:长征二号F型火箭
  飞船在太空的动力来源于推进舱和轨道舱两侧的太阳能帆板。一个是48公斤重的推进舱太阳能帆板,另一个是28公斤重的轨道舱太阳能帆板。每翼帆板由4块电池板和1个连接架组成,展开面积达12平方米,长约7.2米,高2米。电池板采用复合材料和铝蜂窝制成,能承受恶劣的空间环境,即便是温差达180摄氏度的频繁高低温转换也不会让它受损。每块电池板上大约贴有1500片电池片,用特殊的胶将电池片粘在电池板上。电池片采用单晶硅制成,光电转换效率约为14.7%。总发电功率约1200瓦。
  神舟七号
  发射时间:2008年9月25日21时10分04秒
  运载火箭:长征二号F型火箭
  该飞船的动力系统采用的国产三结GaInP2/GaAs/Ge高效太阳电池阵,其光电转换效率高于26.5%,接近国外先进水平;携带伴星在国内首次采用了大容量锂离子电池作为在轨航天器电源,并通过对电源控制器的优化设计,实现对锂离子电池组的安全控制和智能保护,保证伴星在轨电源供给。
  搭载航天员身穿重120公斤的舱外航天服,整个航天服系统都靠电池供电。在航天员腰部置有舱外航天服电源保护装置。这个装置是航天服供电系统的总开关,约烟盒般大小,却包含了30多种材料、100多个零件,功耗小、精度高,相当于出舱航天员的生命开关。当出舱航天员穿上航天服后进轨道舱做准备时,航天员按动舱外航天服电源保护装置开关,航天服的各个系统就会开始工作。
  神舟八号
  发射时间:2011年11月1日5时58分10秒
  运载火箭:改进型长征二号F遥八火箭
  在前期飞船具备57天自主飞行能力的基础上,经过多个系统的较大改进,神州八号已经具备停靠180天的能力。600多台套设备中,一半以上发生了技术状态变化,其中新研设备约占15%,太阳帆板和电池是重大变化之一。此前神舟系列六只飞船都采用硅太阳电池,而神舟八号采用了三节砷化镓新型电池,其发电能力比一期飞船提高了50%。整个飞船电力系统提供电力功率在4000瓦以上。
  在轨飞行期间,神州八号与天宫一号交会对接后,两者组合体实现并网供电,天宫一号对组合体能源进行统一管理。试验表明,两个航天器电网系统功能正常。
  神舟九号
  发射时间:2012年6月16日18时37分24秒
  运载火箭:长征二号F遥九火箭
  神舟九号飞船的用电负荷仅为1800瓦,相当于一个普通家用空调或者是一个功率高点的微波炉的耗电量。一天飞行下来,整个飞船耗电量只有43千瓦时。
  神舟九号飞船电源系统共有3种电源,即太阳电池帆板、镉镍蓄电池、应急电池。在火箭发射前几个小时,电源系统会被充满电,从火箭发射的那一刻起,电源系统就开始工作了。发射后,太阳能帆板展开,依靠太阳能发的电,一部分供给飞船即时使用,一部分则用蓄电池储存起来。
  神舟九号绕地球飞行一圈需要约90分钟,这期间有50多分钟是在阳光照射下的光照期,太阳电池帆板可以正常工作并给储能电池充电。但有30多分钟却是在没有阳光照射的地影期,太阳电池帆板将停止工作,这时维持飞船正常运转的电能都来自镉镍蓄电池事先储藏好的电能。
  交会对接实施后,天宫一号与神舟九号将共同飞行,由于位置的原因,天宫一号会遮挡住飞船部分太阳电池帆板,被遮挡部分则不能正常充电。为了解决能量平衡问题, 天宫一号将为神舟九号提供一部分电能,而神舟九号需在每隔50多分钟充十几分钟的电。
  太阳能帆板的材料采用了三结砷化钾,电源系统的健壮性更强。同时,电源系统采用高压体制,减少了各种损耗。由于电能供应充足,神舟九号可以确保航天员顿顿吃上热饭。应急电池使用的是高性能比新型银锌电池,可以确保飞船返回地面期间的供电,以及落地后为搜救系统提供24小时的用电。

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