基于形狀記憶聚合物智能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的可展開柔性太陽能電池陣列工作示意圖。

日前，哈爾濱工業(yè)大學(xué)冷勁松教授課題組研制的基于形狀記憶聚合物智能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的可展開柔性太陽能電池系統(tǒng)，在國際上首次實現(xiàn)了基于形狀記憶聚合物復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的柔性太陽能電池的在軌可控展開。

太陽能電池作為航天飛行器的關(guān)鍵部件之一，通常要經(jīng)歷地面制造折疊收攏發(fā)射至太空空間展開四個步驟之后，才能實現(xiàn)在軌工作。未來下一代大型或超大型空間結(jié)構(gòu)對能源系統(tǒng)提出了極高的要求，柔性太陽能電池作為太陽能電池發(fā)展的新趨勢之一，具有質(zhì)量輕、柔韌性好、收納比高等優(yōu)點，但在航天應(yīng)用過程中也存在收攏鎖緊、驅(qū)動展開和展開后剛度較低等難題。

2019年十二月二十七日，搭載我國空間技術(shù)研究院研制的實踐二十號衛(wèi)星隨長征五號火箭在海南文昌成功飛天。本次搭載的基于形狀記憶聚合物智能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的可展開柔性太陽能電池系統(tǒng)，重要包括哈工大研制的形狀記憶復(fù)合材料鎖緊釋放機構(gòu)、形狀記憶聚合物復(fù)合材料可展開梁和上海空間電源研究所研制的柔性太陽能薄膜電池。基于復(fù)合材料力學(xué)理論和結(jié)構(gòu)精細化設(shè)計，形狀記憶聚合物復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)柔性太陽能電池的鎖緊、釋放和展開，及展開后高剛度可承載等功能。在衛(wèi)星發(fā)射過程中，形狀記憶復(fù)合材料鎖緊釋放機構(gòu)可以供應(yīng)并實現(xiàn)高剛度鎖緊；入軌后，完成在軌穩(wěn)定、無沖擊的解鎖；展開過程中，通過形狀記憶聚合物復(fù)合材料可展開梁的可控伸展，驅(qū)動柔性太陽能薄膜電池展開，展開后，形狀記憶聚合物復(fù)合材料梁結(jié)構(gòu)的剛度回復(fù)到與常規(guī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)相當(dāng)?shù)乃剑湔归_狀態(tài)的基頻較高，供應(yīng)高剛度承載功能。本次搭載的可展開柔性太陽能電池系統(tǒng)，通過形狀記憶聚合物復(fù)合材料結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了鎖緊、釋放和結(jié)構(gòu)展開功能，沒有采用傳統(tǒng)的火工分離裝置、鉸鏈及電機驅(qū)動等方法，結(jié)構(gòu)簡單，解鎖和展開過程幾乎無沖擊，展開時間和過程可控，展開后結(jié)構(gòu)的剛度較高。

未來，相關(guān)技術(shù)有望應(yīng)用于深空探測、空間站、探月工程、衛(wèi)星等不同航天器平臺中的空間可展開結(jié)構(gòu)、鎖緊釋放機構(gòu)及柔性太陽能電池系統(tǒng)，在航天、特種、汽車、高端裝備、智能制造、機器人及生物醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。