基于形狀記憶聚合物智能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的可展開(kāi)柔性太陽(yáng)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(kāi)柔性太陽(yáng)能電池系統(tǒng)，在國(guó)際上首次實(shí)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(yáng)能電池的在軌可控展開(kāi)。

太陽(yáng)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(kāi)四個(gè)步驟之后，才能實(shí)現(xiàn)在軌工作。未來(lái)下一代大型或超大型空間結(jié)構(gòu)對(duì)能源系統(tǒng)提出了極高的要求，柔性太陽(yáng)能電池作為太陽(yáng)能電池發(fā)展的新趨勢(shì)之一，具有質(zhì)量輕、柔韌性好、收納比高等優(yōu)點(diǎn)，但在航天應(yīng)用過(guò)程中也存在收攏鎖緊、驅(qū)動(dòng)展開(kāi)和展開(kāi)后剛度較低等難題。

2019年十二月二十七日，搭載我國(guó)空間技術(shù)研究院研制的實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星隨長(zhǎng)征五號(hào)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(kāi)柔性太陽(yáng)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(jī)構(gòu)、形狀記憶聚合物復(fù)合材料可展開(kāi)梁和上?？臻g電源研究所研制的柔性太陽(yáng)能薄膜電池?；趶?fù)合材料力學(xué)理論和結(jié)構(gòu)精細(xì)化設(shè)計(jì)，形狀記憶聚合物復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)柔性太陽(yáng)能電池的鎖緊、釋放和展開(kāi)，及展開(kāi)后高剛度可承載等功能。在衛(wèi)星發(fā)射過(guò)程中，形狀記憶復(fù)合材料鎖緊釋放機(jī)構(gòu)可以供應(yīng)并實(shí)現(xiàn)高剛度鎖緊；入軌后，完成在軌穩(wěn)定、無(wú)沖擊的解鎖；展開(kāi)過(guò)程中，通過(guò)形狀記憶聚合物復(fù)合材料可展開(kāi)梁的可控伸展，驅(qū)動(dòng)柔性太陽(yáng)能薄膜電池展開(kāi)，展開(kāi)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?，其展開(kāi)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(kāi)柔性太陽(yáng)能電池系統(tǒng)，通過(guò)形狀記憶聚合物復(fù)合材料結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了鎖緊、釋放和結(jié)構(gòu)展開(kāi)功能，沒(méi)有采用傳統(tǒng)的火工分離裝置、鉸鏈及電機(jī)驅(qū)動(dòng)等方法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，解鎖和展開(kāi)過(guò)程幾乎無(wú)沖擊，展開(kāi)時(shí)間和過(guò)程可控，展開(kāi)后結(jié)構(gòu)的剛度較高。

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