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《三体》中的这项“黑科技”,被哈工大研究团队突破了|电子PG游戏平台

文章出处:PG电子客户端 浏览次数:发表时间:2022-04-25
本文摘要:看过科幻小说《三体》系列的读者,一定会对太阳帆的情节影象深刻。其时就有读者说,如果太阳帆可以随意折叠和展开,将成为人类探索宇宙的“黑科技”。就在克日,这项“黑科技”被哈尔滨工业大学航天学院的冷劲松教授课题组突破,其研制的“基于形状影象聚合物智能复合质料结构的可展开柔性太阳能电池系统”,在国际上首次实现了基于形状影象聚合物复合质料结构的柔性太阳能电池的在轨可控展开,解决了柔性太阳能电池的地面卷曲锁紧-在轨可控展开-展开后高刚度可承载的难题。

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看过科幻小说《三体》系列的读者,一定会对太阳帆的情节影象深刻。其时就有读者说,如果太阳帆可以随意折叠和展开,将成为人类探索宇宙的“黑科技”。就在克日,这项“黑科技”被哈尔滨工业大学航天学院的冷劲松教授课题组突破,其研制的“基于形状影象聚合物智能复合质料结构的可展开柔性太阳能电池系统”,在国际上首次实现了基于形状影象聚合物复合质料结构的柔性太阳能电池的在轨可控展开,解决了柔性太阳能电池的地面卷曲锁紧-在轨可控展开-展开后高刚度可承载的难题。而基于形状影象聚合物复合质料的智能结构,还将应用于我国首次火星探测任务“天问-1号”。

太阳能电池作为航天航行器的关键部件之一,通常需要履历“地面制造-折叠收拢-发射至太空-空间展开”四个步骤之后,才气实现在轨事情。未来下一代大型或超大型空间结构对能源系统提出了极高的要求,柔性太阳能电池作为太阳能电池生长的新趋势之一,具有质量轻、柔韧性好、收纳比高等优点,但在航天应用历程中也存在收拢锁紧、驱动展开和展开后刚度较低等难题。

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在杜善义院士、韩杰才院士的领导下,我校复合质料与结构研究所于20世纪90年月初就在海内较早地确立了智能质料与结构的研究偏向。在其“理工联合,服务航天”生长理念的指导下,冷劲松教授课题组从事智能质料结构力学及其在航天、航空、生物医学等领域的应用研究。2006年开始,课题组开展形状影象聚合物及其复合质料结构的研究,自主研发了适用于航天情况的多种类、差别系列的形状影象聚合物质料,这些质料能满足崎岖轨道等差别极端空间情况的需求。

与形状影象合金差别,形状影象聚合物是一种激励响应聚合物质料(图1),具有主动可控大变形(20%-500%)、驱动方式多样、刚度可变等特性,可被设计成集驱动与承载功效一体化的部件,结构简朴,可靠性高,未来有望部门替代庞大的机电驱动系统。图1 用形状影象聚合物质料制成的花朵绽放历程在中国空间技术研究院通信卫星事业部的鼎力大举支持和资助下,课题组研制的“基于形状影象聚合物智能复合质料结构的可展开柔性太阳能电池系统”,2019年12月27日搭载中国空间技术研究院研制的实践二十号卫星在海南文昌随长征五号火箭乐成飞天,并在2020年1月5日乐成在轨验证。

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这是继2016年哈工大在国际上首次实现地球同步轨道情况下形状影象聚合物复合质料的在轨验证之后,在国际上首次实现了基于形状影象聚合物复合质料结构的柔性太阳能电池系统的在轨可控展开。两次在轨任务的乐成,标志着我国智能质料及其航天器结构的研究处于国际前列。本次搭载的“基于形状影象聚合物智能复合质料结构的可展开柔性太阳能电池系统”主要包罗哈工大研制的形状影象复合质料锁紧释放机构、形状影象聚合物复合质料可展开梁和上海空间电源研究所研制的柔性太阳能薄膜电池。

基于复合质料力学理论和结构精致化设计,形状影象聚合物复合质料结构可以实现柔性太阳能电池的锁紧、释放和展开,及展开后高刚度可承载等功效。图2 基于形状影象聚合物复合质料结构的柔性太阳能电池系统的在轨可控展开在卫星发射历程中,形状影象复合质料锁紧释放机构可以提供并实现高刚度锁紧;入轨后,完成在轨稳定、无打击的解锁;展开历程中,通过形状影象聚合物复合质料可展开梁的可控伸展,驱动柔性太阳能薄膜电池展开(图2);展开后,形状影象聚合物复合质料梁结构的刚度回复到与通例复合质料结构相当的水平。本次搭载的可展开柔性太阳能电池系统,通过形状影象聚合物复合质料结构实现了锁紧、释放和结构展开的功效,没有接纳传统的火工分散装置、铰链及电机驱动等方法,结构简朴,解锁和展开历程险些无打击,展开时间和历程可控,展开后结构的刚度较高。

未来,课题组相关技术也有望应用于深空探测、空间站、探月工程、卫星等差别航天器平台中的空间可展开结构、锁紧释放机构及柔性太阳能电池系统(图3),在航天、航空、汽车、高端装备、智能制造、机械人及生物医疗等领域具有广泛的应用前景。图3 基于形状影象聚合物复合质料结构的可展开柔性太阳能电池阵列的事情示意图泉源 | 哈工大新闻网中国大学生微信公号(ID:dxszzcn)投稿:chinaun@126.com。


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