问题——空间站为何必须“永不断电” 对在轨长期运行的空间站而言，能源系统是生命线。载人长期驻留、科学实验、通信测控、热控与再生生保等系统对电力需求持续且波动明显，一旦供电能力下降，不仅影响实验任务实施，还可能牵连姿态控制与温度管理等关键环节。问天实验舱配置的大型柔性太阳翼具备高发电能力，但要把“发得多”转化为“供得稳”，必须依靠能够持续追踪太阳、承载大结构、并将电能安全送入舱内的对日定向装置。 原因——大尺寸柔性太阳翼带来“三重挑战” 其一是“转得动”。问天实验舱单翼长度达27米，总面积约110平方米，属于大尺度柔性展开结构。微重力环境并不意味着“零负荷”：结构惯量大、转动阻尼小、对驱动扭矩与承载刚度要求极高，同时还要实现360度连续旋转与实时对日。其二是“传得稳”。空间站用电需求显著高于一般航天器，传统滑环依赖滑动接触导电，存在磨损、寿命与可靠性瓶颈，难以适应长期在轨的大功率传输。其三是“控得住”。柔性太阳翼刚度低、易受扰动产生振动，微小的翼面摆动都可能通过结构耦合影响平台姿态与指向精度，进而影响发电效率和在轨任务稳定性。此外，发射上升段的强振动与载荷冲击，也对装置保护提出了更高要求。 影响——关键技术贯通带来系统性能力提升 此次在轨验证表明，大型对日定向装置已从“驱动部件”升级为“能源枢纽”。装置通过双自由度对日能力，使太阳翼始终保持最佳迎光角，提高发电效率并降低供电波动；在结构层面，通过工程化创新应对大导轨热胀冷缩导致的变形风险，提升了大尺寸机构在极端温差环境下的几何稳定性；在电能链路上，面向数万瓦级功率传输需求，采用以滚动替代滑动的电传输机制，有效降低磨损带来的失效概率，增强长期在轨服役的可靠性冗余；在控制层面，针对“长、大、软”的太阳翼特点，构建高稳定伺服控制策略，将柔性振动纳入控制对象并进行快速补偿，提升了太阳翼转动过程的稳态保持能力，减少对空间站姿态控制系统的扰动。 对策——以工程创新破解“热变形、磨损、振动、发射保护”难点 围绕大尺寸结构在轨运行的共性难题，研制团队采取多项针对性方案。 一是面向热变形风险，提出分布式回转支撑驱动传动思路，通过多点分担载荷替代单点承载，兼顾结构刚性与形变控制，并配合温度控制设计，使装置在零下100℃至70℃的环境中保持适宜工作温区，确保机构长期灵活可靠。 二是面向大功率、长寿命输电需求，采用滚环电传输机构，用滚动接触降低磨耗，并通过加速寿命试验对寿命与可靠性进行验证，为在轨长期运行提供可量化的工程依据。 三是面向柔性振动带来的姿态扰动，构建大柔性高稳定伺服控制系统，将翼面振动视作扰动源进行实时估计与补偿，提高转动过程的稳定性与对日精度。 四是面向发射段安全性，在结构敏感区域采用新型束缚与释放方案，发射过程中提供稳定约束，入轨后按程序解锁释放，减少对在轨工作阶段的附加干扰，实现“发射可保护、入轨少牵制”。 前景——为后续舱段扩展与长期运行夯实能源底座 随着空间站进入常态化运营阶段，更多舱段与载荷平台将陆续入轨，对能源系统的连续性、可扩展性与维护便利性提出更高要求。大型对日定向装置在轨首秀的完成，意味着“追日发电—稳定传输—稳态控制”的关键链路得到验证，为后续舱段沿用成熟设计提供工程基础，有利于实现模块化复用与快速集成，更降低系统迭代风险。面向未来更复杂的空间科学任务与长期有人驻留需求，有关技术积累也将为大功率空间能源管理、超大型柔性结构控制与高可靠机电系统研制提供支撑，推动我国空间站从“建起来”向“用得好、用得久”迈进。
这套看似简单的对日定向装置，实则是确保空间站长期稳定运行的关键；随着核心技术的不断突破，我国载人航天事业将获得更可靠、更持久的能源保障，为未来的太空探索开辟更广阔的前景。