為衞星插上輕柔的翅膀（科技視點·一線探創新）

圖①：銀河航天衞星柔性太陽翼壓緊狀態效果圖。

圖②：使用柔性太陽翼的銀河航天衞星在軌模擬圖。

圖③：銀河航天技術人員對柔性太陽翼進行測試。

以上圖片均為銀河航天提供

浩瀚宇宙中，太陽帆板展開，吸收光能、轉換為電能，維持衞星的正常運轉。這種太陽翼猶如衞星的翅膀，是當之無愧的“能源擔當”。

傳統衞星上安裝剛性太陽翼居多，隨着商業航天崛起，輕量化、高集成、長壽命的衞星，需要更輕薄、更靈活、更高效能的太陽翼。

此前，銀河航天靈犀03星成功發射，成為我國首款使用柔性太陽翼的衞星。經證實，柔性太陽翼減少了對衞星體積和重量的佔用，滿足衞星大功率能源需求，適用於多星堆疊發射模式，有助於全行業降本增效。

衞星的柔性翅膀長什麼樣？又是如何研製出來的？記者探訪了位於北京金隅智造工廠的銀河航天方舟實驗室。

薄如蟬翼，手感輕柔——

柔性太陽板單層厚度約1毫米，摺疊起來厚度約5釐米，拉開長度約9米、寬度超過2.5米

穿戴好無塵衣帽和鞋套，經過潔淨室除塵，全副武裝之下，記者進入北京金隅智造工廠的銀河航天方舟實驗室。

十萬級潔淨車間裏，自動焊機正以毫伏級的電壓精度進行柔性電池片的焊接，自動貼片機則以0.05毫米的微距精度，將電池片安放到柔性基板上，製造薄如蟬翼的衞星“翅膀”。

記者小心翼翼地接過一片柔性太陽翼樣片，輕輕摸了摸，感覺十分輕柔。

銀河航天（北京）網絡技術有限公司（以下簡稱“銀河航天”）太陽翼設計師吳思傑介紹，柔性太陽翼由多個單層柔性太陽板拼接而成，太陽板包含基板、電池片和電纜，每個單層厚度僅約1毫米。

“柔性”形容的是太陽翼的基板。據吳思傑介紹，整個柔性太陽翼可以摺疊，裝在火箭裏時，摺疊狀態的主體厚度約5釐米；在軌工作時，“翅膀”拉開長度約9米、寬度超過2.5米。

和剛性太陽翼放在一起看，更能直觀感受到柔性太陽翼的優勢。剛性太陽翼採用蜂窩夾層板結構，電池表面由玻璃覆蓋，儘管也能摺疊，但太陽板與太陽板之間必須相互隔開、留有距離。

不同於剛性太陽翼，柔性太陽翼的太陽板之間是面對面、背對背壓在一起的。

“讓我們來算一道數學題。”吳思傑在圖紙上演示，“假如剛性太陽翼的每層太陽板厚度為2釐米，10層板就有20釐米高。摺疊時，每層板與板之間的縫隙需達到3釐米左右，光縫隙就有27釐米寬，那麼整個太陽翼的厚度就達到了47釐米，接近半米。而柔性太陽翼每個單層厚度僅為1毫米左右，10塊板才有約1釐米厚，板與板緊緊貼着，加上太陽板上下分別有2釐米的保護層，整個太陽翼的厚度也就約5釐米。”

厚度不僅代表着體積，還代表着質量和成本。柔性太陽翼和剛性太陽翼的電池片都是三結砷化鎵，轉換效率大致相同。如果採用柔性太陽翼，同樣質量下，能容納更多摺疊層，一旦舒展開，就是更大的電池面積，能夠吸收更多的太陽能。

“換句話説，電池薄了，佔地少了，能量供給效能卻高了。衞星更薄、體積更小，更方便疊在一起，多顆衞星一起上天，這就是降本增效。”吳思傑説。

自主攻關，反覆試錯——

太陽板之間壓得恰到好處，既能抵抗起飛時的巨大沖擊力，又能保持毫髮無損，是巨大考驗

“柔性太陽翼技術難度極大，沒有任何經驗可以借鑑，我們幾乎是從零起步，摸爬滾打、不斷試錯。”吳思傑説，單是“翅膀”的方案設計就做了好幾個月，整個技術攻關突破花了整整三年。

“翅膀”能不能順利展開，是第一個“攔路虎”。

吳思傑記得很清楚，當時，按照系統設計，太陽翼的太陽板能夠順利展開，可到了地面試驗時，“翅膀”卻突然卡住了，怎麼也打不開。

故障的出現，讓團隊倍感壓力。接下來的3個月，吳思傑和團隊成員日夜泡在實驗室，經常半夜鋪個泡沫墊在廠房角落就睡着了。查文獻、算參數，最終摸清了規律，讓“翅膀”絲滑展開。

柔性太陽翼之所以體積小、質量輕，關鍵在於緊密摺疊，這也是讓科研人員最費腦筋的難題。

吳思傑給記者打了個比方：“把夾心餅乾壓在一起，壓得太鬆，稍微一動，裏面的餡就會被甩出去；可如果壓得太緊，整個餅乾就碎了。”

讓太陽板和太陽板之間壓得恰到好處，既能抵抗起飛時的巨大沖擊力，又能保持親密無間、毫髮無損，是對科學家和工程師的巨大考驗。

錯了、重來，再試、又錯……吳思傑帶領團隊反覆開展理論計算、仿真驗證和地面試驗。“把‘翅膀’造出來，要綜合運用機、電、力、熱等多種學科知識，團隊集智攻關，優勢互補，才找到了完美解決方案。”吳思傑説。

持續創新，未來可期——

航天器的巨型“翅膀”吸收太陽能後，可傳輸給其他航天器甚至地外行星基地，有望為星際探索提供能源保障

商業航天的優勢在於效率高、成本低。為了保持優勢，商業航天企業通過持續技術創新，實現更大程度降本增效。

平板堆疊式衞星應運而生。傳統衞星大多是球狀、長方體、圓柱體等形態，平板堆疊式衞星則是平板式、敞開式，“就像一個整體鑄造的汽車底盤”，佈局緊湊、形態簡約，不僅利於批量化製造，更容易“摞”成一堆一起上天，讓“一箭百星”的發射模式成為可能。

柔性太陽翼恰好與平板堆疊式衞星完美契合：滿足平板堆疊式衞星的安裝需求，讓衞星更加輕巧的同時保證大功率輸出，節約製造和發射成本，提高衞星星座的組網效率，有助於加速衞星互聯網部署。

吳思傑告訴記者，想要衞星在天上幹更多工作，需要更多太陽能電池提供能量，太陽翼面積就得更大，摺疊式、展開式太陽翼成為必然選擇。與此同時，還得讓“翅膀”收起來後體積更小，減輕衞星負擔。

有專家提出，如果可以通過衞星或者航天器巨大、高效的“翅膀”在太空翱翔，吸收太陽能轉化後源源不斷地傳輸給地面或其他航天器甚至地外行星基地，不僅可以助力解決地球的能源問題，也有望為星際探索提供能源保障。

無窮的想象賦予科研人員更多可能性和創造力。未來，“翅膀”還可能變成什麼模樣？

吳思傑打開電腦，點開一張全柔性太陽翼的效果動圖。儘管全柔性太陽翼面積展開後約20平方米，像一間會議室一樣大，但是它捲起來時直徑僅和一個保温杯差不多。

“和目前的柔性太陽翼相比，全柔性太陽翼進一步減少太陽翼對衞星體積和重量的佔用，增加衞星表面的可用面積。”

吳思傑望着電腦，陷入遐思。他和團隊成員將繼續為實現新的目標不懈努力。