——长五B火箭成功发射问天实验舱融媒体报道专题
    四两拨千斤,让柔性太阳帆板“太空轻舞”
    来源:中国航天报      时间:2022-07-27
     

    7月的九天之上,问天实验舱成功“问天”,柔性太阳帆板实现一次展开,并将于二次展开后露出秀美全貌。届时,“满翼齐飞”的问天实验舱将更显巍峨身姿。

    据航天科技集团五院研制人员介绍,柔性太阳帆板之所以没有在交会对接前全部展开,其中一个原因就是要减少柔性太阳帆板振动对交会对接任务的影响。

    “柔性”这一特点,决定了柔性太阳帆板特别容易振动。如果控制不好,其每次“温柔一振”都可能对航天任务造成较大影响。

    为此,五院502所研制人员在半刚性太阳帆板控制基础上,发展了对柔性太阳帆板振动抑制的方法,用“四两拨千斤”的方式,让其在太空中能够“平稳翱翔”。

    此前,我国的航天器大多使用的是半刚性太阳帆板,2021年成功发射的空间站天和核心舱首次使用了柔性太阳帆板。

    科研人员介绍,两者比较起来,半刚性太阳帆板的固有频率范围窄,算法简单易控制,而柔性太阳帆板过软,固有频率范围较宽,一旦航天器上同样的控制频率和它的固有频率稍有重合,帆板就会被激发从而振动起来。

    如果任由这种振动发展下去,轻则会影响航天器的控制精度和稳定度,影响载荷工作和交会对接;如果控制系统没有经过有针对性的设计,重则可能会激发控制系统被动应付,造成越控制振动越厉害,越振动厉害控制系统越要控制的局面,进而使系统失稳,影响空间站在轨稳定运行。

    五院有关专家介绍,以“用扁担挑水”打个比方,会挑水的人可以通过调整身体的起伏频率和幅度,控制扁担的颤动,让水桶里的水只泛起微波,同时还健步如飞。

    专家们就是以类似的方式,通过调整航天器的姿态来抑制振动,调整幅度虽然可能很小,但用处会很大。

    正所谓“知之非艰,行之惟艰”,实现对空间站柔性太阳帆板振动的抑制,离不开研制人员的数年攻关。

    他们通过理论分析和实验,识别引起帆板振动的源头,并想方设法控制源头,再通过精细的数学仿真和大量的物理仿真,总结设计不同情况下行之有效的算法。

    算法是抑制帆板振动的核心技术,其控制的基本过程是通过摄像机观察等手段,识别帆板的振动参数,计算机再通过相应算法确定航天器需要做出的姿态调整,并给负责调整航天器姿态的执行机构下达命令。

    虽然研制人员对国外抑制太阳帆板振动的技术细节知之甚少,从控制效果来看,自主创新设计的控制方法不仅更适合中国航天器的“体质”,主要技术指标甚至优于国外。

    事无大小、事无巨细,都要考虑到、设计到、验证到,航天人每天都在和大大小小的问题和情况打着交道并不断进步,这就是航天工程的特色,也是中国人走向更高更远的深空、推动航天强国建设的必由之路。(薛英民 张军 马艳红)