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太阳翼

太阳翼

太阳翼（英文名：Solar Wing）也叫太阳能帆板，是一种收集太阳能、为航天器供电的装置。1999年，中国第一款应用于载人航天领域的刚性太阳翼，随神舟一号载人飞船的发射亮相太空。

太阳翼的原理是利用硅和某些金属的光电效应，将太阳能转化为电能，然后储存在卫星、宇宙飞船、电动汽车的太阳能电池里，以供相关设备、装置和试验仪器使用。人类使用过的太阳能电池材料，有硅材料和砷化镓材料两种，大尺寸柔性、超柔性太阳翼成为未来的发展趋势。

发展历史

早期历史

第一种实用的硅太阳能电池是贝尔实验室于1954年4月推出的。最初的效率只有6%。但贝尔实验室的核心业务是通信，它把生产许可授予了Spectrolab公司，这家公司按照美军的要求，制造了第一批太阳电池阵。第一颗搭载太阳能电池的卫星于1958年进入轨道。探索者6号侦察卫星，是第一个采用完整太阳能电池阵列的，它于1959年提供了第一张来自太空的地球照片。第一颗地球静止轨道通信卫星“辛康”，采用了体装式太阳能电池。

快速发展

1969年的阿波罗11号任务，在月球上部署了第一块太阳能电池板。到了20世纪70年代，硅电池效率提高到了约12%。随着20世纪70年代和80年代对更强大、更高效卫星的需求增加，以Spectrolab公司为代表的太阳能电池厂商开发了功能越来越强大的太阳能电池。1999年，中国第一款应用于载人航天领域的刚性太阳翼，随神舟一号载人飞船的发射亮相太空。

进入21世纪前后，砷化镓取代硅，成为空间太阳能电池的主要材料，它的效率大约能达到30%，迅速成为产业主流。2011年，八院805所太阳翼团队成功研制中国首套低轨高压半刚性太阳翼，并首次应用于“天宫一号”。

柔性展开式太阳能电池（ROSA）结构紧凑、价格实惠，能够用于低地球轨道到星际旅行的各种科学和商业任务，在国际空间站上和双小行星重定向任务中得到应用。2021年，ROSA的研制企业红线航天收购了可部署空间系统公司（DSS），继续开发ROSA的应用市场。

工作原理

太阳翼是一种收集太阳能的装置，具有供电和充电两大功能，其原理是利用硅、砷化镓和某些金属的光电效应，将太阳能转化为电能，然后储存在卫星、宇宙飞船、电动汽车的太阳能电池里，以供相关设备、装置和试验仪器使用。

太阳翼有供电和充电两大功能，相当于一个小型发电站。在飞船入轨之前，一对小些的太阳能帆板折叠固定在太空舱的两侧，另一对大的则折叠固定在推进舱外侧的舱壁上。在升空阶段，为了使它们免受迎面空气动力学流的作用，太阳翼折叠收藏在整流罩内，直到飞船入轨后才展开。

基本构造

太阳翼按照基板状态，分为刚性太阳翼、半刚性太阳翼和柔性太阳翼3种，由机械部分和太阳电池电路组成。

刚性和半刚性太阳翼的机械部分由基板、连接架、压紧释放机构、展开机构、闭索环联动机构等组成。刚性太阳翼的基板一般为碳纤维蒙皮铝蜂窝结构，太阳电池片粘贴到基板上。对于半刚性太阳翼，基板结构采用碳纤维管件搭成框架，然后在上面安装高强度纤维绳，用于安装太阳电池片。展开锁定机构一般采用较链机构，压紧释放机构一般采用火工切割机机构。电路部分由太阳电池片、电池互联片、隔离二极管等组成。

柔性太阳翼多采用展收套筒扳手+柔性太阳毯方案。机械部分主要由太阳毯（基板）、收藏箱板、套筒组件、展开机构、压紧释放机构、展开引导装置等部件组成。电池电路部分主要由太阳电池片、电池互联片、隔离二极管、电缆等组成。太阳电池目前多采用薄膜三结化镑太阳电池片。

基本分类

太阳翼根据承载电池片的基板不同，可以把太阳翼分成刚性、半刚性和柔性太阳翼。传统刚性太阳翼由于基板比较厚，且板子之间需留有较大间距，导致整体“块头”比较大，对航天器外形包络占用很多，半刚性太阳翼也类似。而柔性太阳翼一般采用不到1毫米厚的柔性薄膜结构作为基板，收拢后不同基板完全接触并压紧，具有包络需求小、可设计性强、易扩展等特点，被普遍认为是新一代卫星能源的重要形式。