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“中国太阳花”绽放太空
——我国空间站大型对日定向装置“首秀”成功

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问天舱对日定向装置。图片来自中国载人航天官网
【本文转自：光明网“中国太阳花”绽放太空——我国空间站大型对日定向装置“首秀”成功问天舱对...|“中国太阳花”绽放太空】上一期“热点追踪” ，我们为您介绍了我国最大面积的柔性太阳翼。作为中国空间站不可或缺的“能量源泉” ，太阳翼在浩瀚的宇宙空间里舒展开来，源源不断地汲取着来自太阳的能量。
众所周知，空间站在地球轨道上持续运行，太阳翼并非时时刻刻正对着太阳。时段不同、姿态不同，太阳翼的发电效率也会随之发生相应的变化。为此，中国航天科技集团的科研人员研发出了我国首个大型对日定向装置。它主要负责驱动太阳翼转动以及舱内外能源的传输，是空间站名副其实的“能源卫士” 。
向阳而生逐光而行
向日葵也被人们称作太阳花，花盘下孕育着一种特殊的植物生长素，让它可以不断追逐太阳、自由生长。前不久我国发射的问天实验舱，也有一种让太阳翼在轨实时追踪太阳的特殊构件，那就是配置在实验舱尾端的大型对日定向装置。
对日定向装置，这个看上去充满动感的名字，一经提出仿佛就被赋予了生命。作为中国空间站的关键技术之一，未来空间站建造完成后，舱内各类科学仪器、有效载荷以及空间站各系统等所需的电能，都要依赖大型对日定向装置从舱外向舱内进行传输。
对日定向装置又是如何实现稳定对日的呢？原理其实并不复杂。
研究人员在太阳翼的末端安装了一个太阳敏感器，它可以实时监测太阳光的入射角度，并将相关信息发送给对日定向装置内部的旋转变压器。接收到相关信息后，姿态控制系统会给对日定向装置发送控制指令，对日定向装置即可开展自主运动规划，精准调整自身状态。
然而，在太空中驱使太阳翼对着太阳转动，并非像向日葵追逐太阳那样轻松。
相比于地球上稳定的一年四季和相对缓慢的温度变化，太空的环境要复杂得多。中国空间站在距离地面约400公里高度的轨道上飞行，约90分钟就会绕地球一圈。这意味着，地球一天的时间内，空间站会经历16个昼夜。离开了大气层的保护，空间站不得不直面阳光。当空间站运行到地球的正面时，外面骄阳似火；当空间站运行到地球的背面时，外面又是天寒地冻。
对于机构类产品来说，空间环境造成的热变形是导致机构卡滞的主要因素之一，尺寸越大，材料热变形越明显。为此，科研人员为对日定向装置加了一层“控温外套” 。这让它既能短时间内耐受附近发动机上千度的炙烤，也能长期承受太空中“冰火两重天”的外部环境。
让空间站收获“稳稳的幸福”
想象一下，如果我们双手各持一把大扇子，以手腕为圆心长时间做360°旋转，恐怕用不了多久，双手就会不受控制地发抖了。而实验舱上的对日定向装置就相当于我们的手腕，它需要带动起两副各27米长、共276平方米、加起来1.2吨的柔性太阳翼持续旋转、稳定对日。这对“手腕”的承重能力和转动力量提出了更高要求。
对日定向装置是我国目前设计规模最大、电传输功率最大、设计寿命最长的回转运动类空间机构产品。如果按照以往的机械传动方案设计，要想满足所需的承载和驱动能力，仅米级大轴承重量就能达到400公斤，而问天舱起飞重量才差不多23吨。显然，过于笨重的机械传动设施并不适用。