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哈工大研制可展开的“软电池”

来源: 作者: 发布时间:2020-05-25

基于形状记忆聚合物智能复合材料结构的可展开柔性太阳能电池阵列工作示意图。

  日前,哈尔滨工业大学冷劲松教授课题组研制的“基于形状记忆聚合物智能复合材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记忆聚合物复合材料结构的柔性太阳能电池的在轨可控展开。

  太阳能电池作为航天飞行器的关键部件之一,通常需要经历“地面制造—折叠收拢—发射至太空—空间展开”四个步骤之后,才能实现在轨工作。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发展的新趋势之一,具有质量轻、柔韧性好、收纳比高等优点,但在航天应用过程中也存在收拢锁紧、驱动展开和展开后刚度较低等难题。

  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随长征五号火箭在海南文昌成功飞天。本次搭载的“基于形状记忆聚合物智能复合材料结构的可展开柔性太阳能电池系统”,主要包括哈工大研制的形状记忆复合材料锁紧释放机构、形状记忆聚合物复合材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。基于复合材料力学理论和结构精细化设计,形状记忆聚合物复合材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能。在卫星发射过程中,形状记忆复合材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、无冲击的解锁;展开过程中,通过形状记忆聚合物复合材料可展开梁的可控伸展,驱动柔性太阳能薄膜电池展开,展开后,形状记忆聚合物复合材料梁结构的刚度回复到与常规复合材料结构相当的水平,其展开状态的基频较高,提供高刚度承载功能。本次搭载的可展开柔性太阳能电池系统,通过形状记忆聚合物复合材料结构实现了锁紧、释放和结构展开功能,没有采用传统的火工分离装置、铰链及电机驱动等方法,结构简单,解锁和展开过程几乎无冲击,展开时间和过程可控,展开后结构的刚度较高。

  未来,相关技术有望应用于深空探测、空间站、探月工程、卫星等不同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,在航天、航空、汽车、高端装备、智能制造、机器人及生物医疗等领域具有广泛的应用前景。