24小時太陽能不間斷 問天實驗艙背後的科技力量

◎本報記者 雍 黎

7月25日10時03分，神舟十四號航天員乘組成功開啓問天實驗艙艙門，順利進入問天實驗艙，這是中國航天員首次在軌進入科學實驗艙。問天實驗艙是我國空間站中最大的單體艙段，它的建造攻克了哪些技術難點，它的能量供給背後又有哪些科技支撐？科技日報記者從重慶市科技局獲悉，問天實驗艙的建造和阿爾法對日定向驅動機構背後都有重慶科研成果的支撐。

對構齒輪傳動，讓太陽翼不錯過每一道陽光

為了保證空間站源源不斷的能量供給，問天實驗艙配置了目前國內研製的最大面積可展收柔性太陽翼，單翼全展開狀態下長達27米，面積可達138平方米，並且首次採用太陽翼雙自由度同時轉動，讓柔性太陽翼24小時不間斷追蹤太陽，確保每一縷陽光都垂直照射在太陽翼上。

問天實驗艙在預定軌道上完成姿態調整和系統調試後，其太陽能電池翼的阿爾法對日定向驅動機構將投入使用。阿爾法對日定向驅動機構對構齒輪傳動由重慶大學機械傳動國家重點實驗室自主研發。

“要實現太陽翼24小時不間斷追蹤太陽，靠的就是對構齒輪傳動。”對構齒輪傳動的研發者、重慶大學機械傳動國家重點實驗室陳兵奎教授介紹，這是一種新型齒輪傳動，其突出的誤差適應能力和較高的承載能力，能夠滿足太空極端高低温交替變化對阿爾法機構提出的超大空間尺寸形變、高可靠、長壽命等嚴苛要求。

“它的原理是我們受小時候滾鐵環的啓發而提出的。”陳兵奎説，團隊早於2003年就開展對構齒輪的研究，之後陸續形成了曲線—曲線、曲線—曲面的對構圓柱齒輪、對構錐齒輪等的理論體系，到目前為止，已經獲得國際專利3項。而問天實驗艙採用的是曲線與曲面的對構齒輪。滾鐵環，直走的時候，鐵環垂直於地面，而拐彎的時候，鐵環與地面傾斜，因此，陳兵奎猜想，曲線與曲面的接觸會具有很好的誤差適應性。經過深入的研究，他們提出了具有很好誤差補償能力的線面對構齒輪傳動。

據瞭解，陳兵奎教授團隊在前期積累的理論研究和工業應用基礎上，針對阿爾法機構對構齒輪傳動進行了近8年的攻關，攻克了極端工況下對構齒輪設計理論與方法、多物理量作用下對構齒輪數字閉環精密加工與測量、擬實條件下對構齒輪加速疲勞壽命試驗技術與裝備等多項關鍵技術，並在上海宇航系統工程研究所、上海航天設備製造總廠、鄭州機械研究所等單位的通力合作下，最終完成問天實驗艙和夢天實驗艙阿爾法機構對構齒輪產品的交付。

攻克多項技術難關，為實驗艙鍛造出超大規格板材

問天實驗艙是我國空間站中最大的單體艙段。這次用於問天實驗艙艙壁主體結構建造的5XXX超大規格蒙皮板，具有高冶金質量、高性能和高表面質量等技術要求，構件尺寸大，最大寬幅達到2000毫米以上，材料綜合性能要求高，生產難度極大。

面對國外技術壟斷、封鎖，西南鋁業（集團）有限責任公司研發團隊克服重重困難，攻克了5XXX合金工業化生產中合金成分精確控制等關鍵技術，解決了5XXX合金超大規格蒙皮板研製生產中大規格鑄錠鑄造開裂等生產技術難題，最終批量生產出了具有國際先進水平的5XXX超大規格板材，保證了工程所需。

西南鋁為長征五號B遙三運載火箭量身研製的5米環，是目前我國火箭用最大鋁合金鍛環。2018年，西南鋁啓動了5米環質量提升工作，相繼攻克了鍛造軋製變形等多項技術難關，綜合性能達到世界先進水平。10米超大型鋁合金整體環件的研製成功，更是刷新世界紀錄，為我國今後發射重型運載火箭解決了重大關鍵技術難題。

作為我國航空航天研發用鋁合金材料保障核心基地的西南鋁，為問天實驗艙和長五B遙三運載火箭分別提供了70%以上、60%以上的關鍵鋁合金材料，涵蓋鍛件、板材、型材、管材等多個大類10多個規格品種。