鄭宗勇,王治易,張崇峰,董 毅,張 雷,張 武

(1.上海宇航系統(tǒng)工程研究所,上海 201109; 2.上海航天技術(shù)研究院,上海 201109)

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天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室半剛性太陽(yáng)電池翼延壽技術(shù)研究

鄭宗勇1,王治易1,張崇峰2,董 毅1,張 雷1,張 武1

(1.上海宇航系統(tǒng)工程研究所,上海 201109; 2.上海航天技術(shù)研究院,上海 201109)

因半剛性太陽(yáng)電池翼地面貯存設(shè)計(jì)壽命為3～5年，針對(duì)天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室推遲發(fā)射后面臨的半剛性太陽(yáng)電池翼延壽問題，對(duì)其延壽技術(shù)進(jìn)行了研究。分析了太陽(yáng)電池翼地面貯存中環(huán)境、電池電路、基板結(jié)構(gòu)、碳纖維材料、玻璃纖維浸漬有機(jī)硅樹脂材料，以及膠粘劑與其它材料等主要因素的影響。采取了太陽(yáng)翼在高純度氮?dú)獍b箱中貯存、包裝箱置于溫濕度控制的環(huán)境中、縮短太陽(yáng)翼在包裝箱外裝配與測(cè)試時(shí)間，以及對(duì)電池模塊進(jìn)行100%裂片檢查等措施。策劃了組件級(jí)和整機(jī)級(jí)的延壽可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)項(xiàng)目，并進(jìn)行了可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證。分析結(jié)果表明：在經(jīng)歷了6年多的地面存儲(chǔ)后，太陽(yáng)電池翼各項(xiàng)檢查和測(cè)試結(jié)果均合格，可滿足發(fā)射任務(wù)的要求，措施有效。研究為后續(xù)其它航天器半剛性太陽(yáng)翼產(chǎn)品經(jīng)歷長(zhǎng)期貯存的延壽提供了技術(shù)支撐。

天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室； 太陽(yáng)電池翼； 半剛性； 地面貯存； 延壽； 可靠性增長(zhǎng)； 壽命評(píng)估

0 引言

天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室采用半剛性太陽(yáng)電池翼，半剛性太陽(yáng)電池翼具備耐低軌空間環(huán)境適應(yīng)性好(抗原子氧、溫度交變和等離子環(huán)境)、耐高壓和長(zhǎng)壽命等優(yōu)勢(shì)，是航天器新一代高性能的太陽(yáng)電池翼，已成功在天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器上得到了應(yīng)用考核[1]。我國(guó)在研制生產(chǎn)天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器時(shí)，同時(shí)也生產(chǎn)了一套備份產(chǎn)品，隨著天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器任務(wù)的圓滿成功，備份產(chǎn)品解除了原有的使命。為降低研制成本，加快研制進(jìn)度，在這個(gè)備份產(chǎn)品的基礎(chǔ)上研制天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室。由于半剛性太陽(yáng)電池翼地面貯存設(shè)計(jì)壽命為3～5年，推遲發(fā)射導(dǎo)致發(fā)射時(shí)間超出了太陽(yáng)電池翼貯存壽命的時(shí)間要求，太陽(yáng)電池翼能否可靠應(yīng)用，性能是否穩(wěn)定，成為了一個(gè)新問題。解決此問題的關(guān)鍵是延壽。

產(chǎn)品的貯存與延壽工作主要是指在保證產(chǎn)品功能的情況下，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行貯藏、保存，以及使用狀態(tài)下的壽命和可靠性試驗(yàn)驗(yàn)證評(píng)估，并提供產(chǎn)品貯存或延長(zhǎng)壽命的設(shè)計(jì)方案，采取相應(yīng)的維修和管理措施，使產(chǎn)品的壽命更長(zhǎng)、更可靠。多數(shù)裝備具有長(zhǎng)期貯存，一次使用的特點(diǎn)，而延壽可帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益[2-4]。為保證裝備的完好率，國(guó)外普遍采取定壽與延壽結(jié)合的策略[5-6]。長(zhǎng)期以來，貯存延壽相關(guān)試驗(yàn)較多地應(yīng)用于我國(guó)武器裝備領(lǐng)域，對(duì)航天器產(chǎn)品，一般都是研制完成后直接發(fā)射，很少有貯存延壽的需求。目前，國(guó)內(nèi)的航天器中，螢火一號(hào)火星探測(cè)器(推遲了2年發(fā)射)進(jìn)行了產(chǎn)品貯存與延壽的技術(shù)研究[7]。但螢火一號(hào)火星探測(cè)器采用了剛性太陽(yáng)電池翼，國(guó)內(nèi)對(duì)半剛性太陽(yáng)電池翼的延壽還缺少研究，國(guó)外關(guān)于半剛性太陽(yáng)電池翼的地面延壽資料也非常少。為此，本文對(duì)半剛性太陽(yáng)電池翼在地面貯存影響因素與延壽工作進(jìn)行了分析，采取了延壽措施，確定并策劃了延壽可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)工作項(xiàng)目，開展太陽(yáng)電池翼組件及材料的可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)，對(duì)半剛性太陽(yáng)電池翼的延壽技術(shù)進(jìn)行了研究，為后續(xù)其它航天器經(jīng)歷長(zhǎng)期貯存及延壽提供技術(shù)支撐。

1 產(chǎn)品組成

半剛性太陽(yáng)電池翼由半剛性基板和電池電路組成，預(yù)張緊玻璃纖維網(wǎng)格面板加復(fù)合材料框架形成基板，電池模塊與基板的安裝組合采用固定釘與基板網(wǎng)格鉤掛的方法。與剛性太陽(yáng)電池翼相比，半剛性太陽(yáng)電池翼具有電池模塊可更換的優(yōu)勢(shì)。

半剛性基板由碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料框架、壓緊套接頭、壓緊套、玻璃纖維網(wǎng)、鉸鏈支座等零部件組成，如圖1所示。其中：玻璃纖維網(wǎng)通過膠接固定在框架上；基板壓緊套為鈦合金材料。

圖1 半剛性電池翼局部Fig.1 Partial semi-rigid solar array

2 影響產(chǎn)品貯存壽命的主要因素

根據(jù)文獻(xiàn)[8]中存儲(chǔ)壽命的規(guī)定，空間用太陽(yáng)電池陣在溫度(20±5) ℃、相對(duì)濕度小于60%、潔凈度10萬級(jí)條件下存儲(chǔ)，存儲(chǔ)期為3～5年。鑒于天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室半剛性太陽(yáng)電池翼將經(jīng)歷6年(我國(guó)航天器太陽(yáng)電池翼有史以來最長(zhǎng)的一次)以上的地面長(zhǎng)期貯存，對(duì)太陽(yáng)翼結(jié)構(gòu)部分及電池電路進(jìn)行延壽評(píng)估是為消除或降低地面長(zhǎng)期存儲(chǔ)帶來的風(fēng)險(xiǎn)，以確定該產(chǎn)品經(jīng)歷長(zhǎng)期貯存后，各項(xiàng)性能指標(biāo)是否仍滿足飛行任務(wù)需求，保證產(chǎn)品的可靠性。

半剛性太陽(yáng)電池翼主要的組件及材料包括：太陽(yáng)電池電路(含電池模塊及其元器件)、碳纖維材料、玻璃纖維材料、膠粘劑、樹脂、金屬材料(TC4和鋁合金)和其它材料。本文根據(jù)太陽(yáng)翼的電池電路、基板采用的各種材料，以及性能指標(biāo)等，重點(diǎn)對(duì)半剛性太陽(yáng)電池翼地面長(zhǎng)期存儲(chǔ)的壽命主要影響因素和可測(cè)試性進(jìn)行了研究。

2.1 環(huán)境影響

溫度變化會(huì)引起產(chǎn)品內(nèi)不同材料的膨脹變化，產(chǎn)生應(yīng)力，溫度變化影響高分子聚合物材料老化，影響霉菌生長(zhǎng)和對(duì)金屬材料的腐蝕。同時(shí)，溫度還會(huì)促使其它環(huán)境因素對(duì)貯存可靠性產(chǎn)生影響。濕度會(huì)使金屬材料構(gòu)件尤其是鍍膜件表面腐蝕，潮氣會(huì)使導(dǎo)線及電纜絕緣體退化，電連接器接觸不良。因此，環(huán)境溫濕度是影響產(chǎn)品貯存的重要因素。

2.2 電池電路

根據(jù)文獻(xiàn)[9]中的定義，電子元器件有效貯存期為元器件裝機(jī)前在規(guī)定的條件下允許貯存的時(shí)間。通過復(fù)核已裝機(jī)電池電路的元器件有效期，使太陽(yáng)電池電路使用的元器件裝機(jī)時(shí)均在有效期內(nèi)。電性能輸出是電池電路的重要指標(biāo)，直接影響發(fā)電功率，長(zhǎng)期貯存需要對(duì)電池電路的發(fā)電性能進(jìn)行確認(rèn)。

電池模塊與基板網(wǎng)格的固定采取鉤掛/外角點(diǎn)膠的方法，在電池模塊的玻璃蓋片表面粘貼金屬掛鉤，掛鉤以不同方向與基板的網(wǎng)格進(jìn)行固定。固定釘?shù)恼辰訌?qiáng)度直接影響電池電路的承載能力能否滿足力學(xué)環(huán)境的要求。固定釘?shù)恼辰訌?qiáng)度是半剛性太陽(yáng)電池翼的一個(gè)重要指標(biāo)，需確認(rèn)其長(zhǎng)期貯存導(dǎo)致的變化。

2.3 基板結(jié)構(gòu)

基板的外觀直接影響產(chǎn)品的性能，要求清潔、無污染，玻璃纖維網(wǎng)無折斷、無多余毛刺，表面浸膠均勻，粘接處無脫膠。

對(duì)半剛性基板來說，玻璃纖維網(wǎng)的張緊力是重要的指標(biāo)參數(shù)，通過測(cè)量玻璃纖維網(wǎng)的位移，并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可確定玻璃纖維網(wǎng)是否松弛。一方面因網(wǎng)格面板處于張緊狀態(tài)，長(zhǎng)期的地面環(huán)境存儲(chǔ)，其張緊力的變化還需確認(rèn)；另一方面可通過整翼模態(tài)試驗(yàn)測(cè)定基板的模態(tài)值間接反映。同時(shí)，基板的絕緣導(dǎo)通性能直接影響產(chǎn)品在軌安全，需對(duì)基板的導(dǎo)通絕緣性能進(jìn)行確認(rèn)。

半剛性基板的產(chǎn)品膠接性能是基板結(jié)構(gòu)框架在力學(xué)環(huán)境中承載能力的重要因素，長(zhǎng)期地面環(huán)境存儲(chǔ)后，應(yīng)對(duì)膠接性能狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，保證膠接強(qiáng)度的可靠性。

2.4 碳纖維材料

基板結(jié)構(gòu)部分主要采用碳纖維復(fù)合材料，碳纖維材料具有小質(zhì)量、高強(qiáng)度、高模量、耐高溫等多種優(yōu)異性能，但也有有機(jī)材料固有的吸濕變形、不耐濕熱等缺點(diǎn)。根據(jù)文獻(xiàn)[10]的要求，碳纖維復(fù)合材料原料地面存儲(chǔ)有效期為8.75年。碳纖維材料在經(jīng)歷試驗(yàn)后強(qiáng)度降低，降幅小于10%。根據(jù)強(qiáng)度分析結(jié)果，太陽(yáng)電池翼最小剩余強(qiáng)度系數(shù)為3，即使強(qiáng)度下降30%～50%后仍能滿足剩余強(qiáng)度系數(shù)大于1的要求，因此可認(rèn)為碳纖維能滿足6年存儲(chǔ)壽命要求。

2.5 玻璃纖維浸漬有機(jī)硅樹脂材料

半剛性基板采用了玻璃纖維網(wǎng)，主要為電池模塊提供載體，是半剛性基板的關(guān)鍵產(chǎn)品。未浸膠的高強(qiáng)玻璃纖維材料受水汽影響而導(dǎo)致其力學(xué)性能下降。半剛性基板的玻璃纖維網(wǎng)由于浸漬了有機(jī)硅樹脂，玻璃纖維網(wǎng)被全部包覆，無法直接接觸空氣中的水分。在地面貯存期間，通過放置干燥劑和充氮?dú)饷芊獗４妫_(dá)到了進(jìn)一步避免與水汽接觸的效果。

2.6 膠粘劑和其它材料

太陽(yáng)電池翼結(jié)構(gòu)的膠粘劑主要為J-133膠，經(jīng)復(fù)查膠粘劑均在有效期內(nèi)。其它材料包括聚酰亞胺、鋁合金和鈦合金，均具備地面長(zhǎng)期存儲(chǔ)的性能。因缺少基板上壓緊套鍍層地面存儲(chǔ)壽命數(shù)據(jù)，需對(duì)早期生產(chǎn)的壓緊套鍍膜件進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證鍍膜層的結(jié)合強(qiáng)度性能是否滿足長(zhǎng)期存儲(chǔ)要求。

3 地面貯存延壽措施

根據(jù)需求，半剛性太陽(yáng)翼電池電路和結(jié)構(gòu)部分地面存儲(chǔ)期為約6年。為保證地面貯存可靠性，針對(duì)上述情況及分析，采取如下措施。

a)將太陽(yáng)電池翼置于專用包裝箱內(nèi)貯存，內(nèi)充優(yōu)于99.99%的高純度氮?dú)?，放入干燥劑以防潮，每天監(jiān)測(cè)包裝箱的壓力數(shù)據(jù)，確保箱內(nèi)氮?dú)獬渥恪．?dāng)箱內(nèi)壓力下降至下限值(下限值為1 kPa，第一次充氣壓力應(yīng)達(dá)到1.5 kPa，正常使用過程中壓力應(yīng)滿足1～2 kPa)時(shí)立即按規(guī)定充入干燥氮?dú)狻?/p>

b)將包裝箱放置于潔凈度滿足10萬級(jí)、相對(duì)濕度不大于60%、溫度(20±5) ℃的總裝廠房，采用專用的溫濕度測(cè)試儀進(jìn)行記錄，提供24 h溫濕度數(shù)據(jù)記錄，數(shù)據(jù)存檔隨產(chǎn)品交付時(shí)提交。為產(chǎn)品的地面長(zhǎng)期貯存提供最優(yōu)的貯存環(huán)境，將長(zhǎng)期地面貯存環(huán)境的不利影響降至最小。同時(shí)定期進(jìn)行太陽(yáng)電池翼的電性能檢查，一般兩次檢查間隔不大于1年。

c)在后續(xù)太陽(yáng)翼裝配、測(cè)試試驗(yàn)中，進(jìn)一步優(yōu)化流程，縮短太陽(yáng)電池翼在包裝箱外存儲(chǔ)的時(shí)間，控制存放環(huán)境的溫濕度和潔凈度。

d)對(duì)電池模塊進(jìn)行100%裂片檢查，剔除不合格品或超期產(chǎn)品，進(jìn)行電池模塊更換，確保產(chǎn)品可靠性。

4 可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)策劃

通過上述太陽(yáng)電池翼產(chǎn)品各種組件及材料與地面長(zhǎng)期存儲(chǔ)相關(guān)的因素及可測(cè)試性的研究分析，確定了太陽(yáng)翼可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)項(xiàng)目，主要包括兩個(gè)方面：一是產(chǎn)品的可測(cè)試項(xiàng)目；另一是產(chǎn)品特性中與貯存相關(guān)，但不能直接測(cè)試的項(xiàng)目(測(cè)試會(huì)破壞產(chǎn)品)，可通過早期同類產(chǎn)品佐證。對(duì)可靠性評(píng)估，因早期產(chǎn)品樣本量少、試驗(yàn)時(shí)間有限，主要進(jìn)行以下工作。

a)組件級(jí)摸底試驗(yàn)：針對(duì)電池模塊陪片(同批次產(chǎn)品)進(jìn)行下電極焊接強(qiáng)度、固定釘粘接強(qiáng)度等試驗(yàn)考核，驗(yàn)證同批次產(chǎn)品是否達(dá)到可靠性要求；針對(duì)壓緊套鍍膜件進(jìn)行結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試，考核鍍膜件是否達(dá)到可靠性要求。

b)整機(jī)級(jí)摸底試驗(yàn)：針對(duì)早期EM板和早期投產(chǎn)同類產(chǎn)品進(jìn)行發(fā)電性能測(cè)試及模態(tài)測(cè)試、張緊力測(cè)試，參加正樣整器振動(dòng)試驗(yàn)，考核產(chǎn)品的電性能狀態(tài)和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)項(xiàng)目策劃見表1。

5 可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證情況

5.1 電池模塊陪片

電池模塊隨爐陪片是與正樣同批次的備份產(chǎn)品，與電池電路正樣產(chǎn)品同時(shí)放入包裝箱貯存，可對(duì)其進(jìn)行固定釘拉力及電池下電極焊點(diǎn)拉力等(正樣產(chǎn)品不可測(cè)項(xiàng)目)的測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)能作為太陽(yáng)電池翼電池電路經(jīng)地面長(zhǎng)期貯存后性能的旁證。

2014年12月，對(duì)存儲(chǔ)4年8個(gè)月的電池模塊陪片進(jìn)行了固定釘拉力測(cè)試和電池下電極焊點(diǎn)拉力測(cè)試。結(jié)果表明：固定釘水平方向和垂直方向拉力測(cè)試值最小為57.6 N，均大于30 N的要求，數(shù)據(jù)具有較好的一致性、狀態(tài)穩(wěn)定。對(duì)電池模塊隨爐陪片解剖后，用焊點(diǎn)拉力測(cè)試儀45°方向逐個(gè)測(cè)試焊點(diǎn)的焊接拉力，結(jié)果表明：互連片拉脫后，每個(gè)焊點(diǎn)表面有銀殘留，符合要求。

5.2 壓緊套鍍膜件

2014年12月，對(duì)2004年投產(chǎn)的3個(gè)壓緊套鍍膜件進(jìn)行了外觀檢查和強(qiáng)度測(cè)試(地面存儲(chǔ)期已達(dá)10年)，其存儲(chǔ)環(huán)境為普通室內(nèi)大氣環(huán)境，較太陽(yáng)翼基板上鍍膜件的存儲(chǔ)環(huán)境更惡劣。對(duì)該批產(chǎn)品進(jìn)行性能測(cè)試，可判定正樣產(chǎn)品地面存儲(chǔ)6年的產(chǎn)品性能。

鍍膜層結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)試方法是將試件與鋁合金對(duì)偶件用E7膠在鍍層面上粘貼后，用萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。試驗(yàn)參照ASTMC-633 熱噴涂圖層的結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。根據(jù)設(shè)計(jì)，在3 kN壓緊力狀態(tài)下，涂層與基體間的結(jié)合強(qiáng)度需滿足以下要求鍍膜測(cè)試結(jié)果見表2。外觀檢查發(fā)現(xiàn)，壓緊套鍍膜件的外觀表面平整、均勻、潔凈、無破損；涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度均滿足大于10.98 MPa的要求，能滿足使用要求。

表1 延壽可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)評(píng)估表

表2 鍍膜件測(cè)試數(shù)據(jù)

5.3 早期EM板

早期EM板產(chǎn)品(2008年4月生產(chǎn))，至2014年12月在地面貯存已有6年8個(gè)月時(shí)間，根據(jù)其電性能及電池下電極焊點(diǎn)拉力的測(cè)試結(jié)果，可外推電池電路地面經(jīng)長(zhǎng)期貯存后電性能狀態(tài)。

測(cè)試結(jié)果表明：電池電路電性能變化范圍為+0.88%～-0.59%，在測(cè)試誤差(小于±2%)范圍內(nèi)，各類電阻特征阻值狀態(tài)穩(wěn)定，沒有變化；下電極焊點(diǎn)拉力測(cè)試后焊點(diǎn)表面有銀殘留，滿足要求。根據(jù)測(cè)試結(jié)果可認(rèn)為：EM板經(jīng)6年以上地面貯存后電性能穩(wěn)定，表明經(jīng)地面環(huán)境長(zhǎng)期貯存后半剛性太陽(yáng)電池翼電池模塊的狀態(tài)穩(wěn)定。

5.4 早期投產(chǎn)同類產(chǎn)品

因正樣產(chǎn)品無法測(cè)試網(wǎng)的張緊力及模態(tài)，故只能對(duì)早期投產(chǎn)的同類產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試。太陽(yáng)電池翼早期投產(chǎn)同類產(chǎn)品在地面存儲(chǔ)已近7年時(shí)間，其電池片為模裝件，結(jié)構(gòu)部分產(chǎn)品包括玻璃纖維網(wǎng)和框架的設(shè)計(jì)狀態(tài)及生產(chǎn)工藝與正樣產(chǎn)品完全一致，其經(jīng)歷的力學(xué)試驗(yàn)更嚴(yán)苛，因此通過檢查和測(cè)試早期產(chǎn)品的結(jié)果作為旁證可有效說明正樣產(chǎn)品的狀態(tài)。通過對(duì)早期產(chǎn)品的收攏狀態(tài)模態(tài)性能(重點(diǎn)是整體框架性能、電池片上局部特性)測(cè)試外推正樣產(chǎn)品膠粘和玻璃纖維網(wǎng)面板張緊狀態(tài)。另外可通過拆除電池板的電池模塊后進(jìn)行網(wǎng)格面板位移測(cè)試,外推網(wǎng)格面板張緊力長(zhǎng)期存儲(chǔ)后的預(yù)期狀態(tài)。

太陽(yáng)電池翼早期投產(chǎn)同類產(chǎn)品在2008年6月進(jìn)行了一次模態(tài)測(cè)試，2014年10月再次進(jìn)行模態(tài)測(cè)試，兩次測(cè)試結(jié)果見表3。

在完成模態(tài)測(cè)試后，對(duì)基板進(jìn)行網(wǎng)格面板位移測(cè)試，依次測(cè)量基板各區(qū)域玻璃纖維網(wǎng)中心點(diǎn)懸掛重物狀態(tài)下網(wǎng)的位移，以確定玻璃纖維網(wǎng)的張緊力變化。由懸掛砝碼測(cè)得的基板任意區(qū)域中心點(diǎn)的位移值最大13.4 mm，滿足不大于13.5 mm的要求，網(wǎng)格的測(cè)試位移與2008年的出廠數(shù)據(jù)比對(duì)，具較好的一致性。比較兩次測(cè)試數(shù)據(jù)可知：經(jīng)近7年時(shí)間的存儲(chǔ)后，結(jié)構(gòu)翼的各階模態(tài)數(shù)據(jù)和振型較為一致，說明半剛性基板的產(chǎn)品膠接性能和結(jié)構(gòu)剛度穩(wěn)定性能較好。結(jié)構(gòu)翼的試驗(yàn)結(jié)果表明：半剛性太陽(yáng)電池翼結(jié)構(gòu)部分尤其是玻璃纖維網(wǎng)的張緊力以及框架結(jié)構(gòu)的膠接質(zhì)量在長(zhǎng)時(shí)間的地面存儲(chǔ)后仍保持了良好的穩(wěn)定性。

表3 早期投產(chǎn)同類產(chǎn)品模態(tài)測(cè)試結(jié)果

另外，2015年12月，作為天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室配套產(chǎn)品，早期同類產(chǎn)品參加了正樣整器力學(xué)振動(dòng)試驗(yàn)，框架及電池片各方向的響應(yīng)與天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果相當(dāng)。試驗(yàn)結(jié)束后，太陽(yáng)電池翼外觀檢查無異常，佐證了正樣產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能滿足要求。

5.5 正樣產(chǎn)品測(cè)試

太陽(yáng)翼正樣產(chǎn)品的地面長(zhǎng)期貯存期間，采取了放置在充99.99%高純氮?dú)獾陌b箱內(nèi)貯存的措施，箱內(nèi)溫濕度通過包裝箱內(nèi)的空調(diào)進(jìn)行控制。貯存期間實(shí)測(cè)溫度19～23 ℃，濕度29%～36%，氣壓1.3～1.4 kPa。

貯存期間對(duì)太陽(yáng)翼進(jìn)行外觀檢查，除原裝機(jī)出現(xiàn)的電池電路裂片外，電池電路各部件和膠封點(diǎn)外觀狀態(tài)良好，緊固件無松動(dòng)，未出現(xiàn)氧化或變色現(xiàn)象，基板各結(jié)構(gòu)件無損傷，膠接無脫膠，壓緊套鍍層完好，符合要求，表明高純氮?dú)猸h(huán)境的保護(hù)措施有效。為提高產(chǎn)品的可靠性，對(duì)裝機(jī)出現(xiàn)裂片的電池模塊進(jìn)行更換。更換的操作性強(qiáng)，為成熟工藝。

在貯存期間對(duì)每塊板電池電路的電性能測(cè)試數(shù)據(jù)差值范圍為-0.58%～+0.93%，均在±2%的測(cè)試誤差范圍內(nèi)，一致性較好，滿足要求。電路的導(dǎo)通絕緣性能良好，各類特征阻值正常。測(cè)量所有結(jié)構(gòu)件及金屬件間的導(dǎo)通阻值，要求不大于1 kΩ，實(shí)測(cè)均不大于0.5 kΩ。表明經(jīng)地面長(zhǎng)期貯存后，電池電路及結(jié)構(gòu)部分的導(dǎo)通、絕緣，以及特征阻值狀態(tài)穩(wěn)定。

在正樣產(chǎn)品總裝成整翼后進(jìn)行了噪聲試驗(yàn)，結(jié)果見表4。試驗(yàn)前后進(jìn)行了電性能檢查和外觀檢查，各項(xiàng)性能指標(biāo)均正常，數(shù)據(jù)一致性較好，表明正樣產(chǎn)品材料性能無衰減，狀態(tài)穩(wěn)定。

表4 整翼聲場(chǎng)控制結(jié)果

6 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室半剛性太陽(yáng)電池翼產(chǎn)品貯存壽命的主要影響因素進(jìn)行了分析，采取了貯存延壽措施，策劃了可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)評(píng)估項(xiàng)目，完成了所有延壽評(píng)估工作的內(nèi)容，包括對(duì)組件級(jí)和整機(jī)級(jí)產(chǎn)品的測(cè)試。同時(shí)通過采取地面貯存、定期檢測(cè)、更換裂片等系列延壽及可靠性增長(zhǎng)措施，在經(jīng)歷了6年多的地面存儲(chǔ)后，太陽(yáng)電池翼各項(xiàng)檢查和測(cè)試結(jié)果均合格，各項(xiàng)技術(shù)狀態(tài)穩(wěn)定，可滿足發(fā)射任務(wù)的要求，達(dá)到了提高可靠性的目的。本文的分析結(jié)果表明：天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室半剛性太陽(yáng)電池翼在貯存期間采取的延壽措施及可靠性增長(zhǎng)驗(yàn)證方法有效，為后續(xù)其它航天器型號(hào)半剛性太陽(yáng)翼產(chǎn)品經(jīng)歷長(zhǎng)期貯存延壽提供了技術(shù)支撐。

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Study on Life Extension Technology of Semi-Rigid Solar Array for Tiangong-2 Space Lab

ZHENG Zong-yong1, WANG Zhi-yi1, ZHANG Chong-feng2, DONG Yi1, ZHANG Lei1, ZHANG Wu1

(1. Aerospace System Engineering Shanghai, Shanghai 201109, China; 2. Shanghai Academy of Spaceflight Technology, Shanghai 201109, China)

Due to the ground storage design life of semi-rigid solar array was 3～5 years, the life extension technology of the solar array was studied when the launch of Tiangong-2 Lab Space had been postponed. The effects of main factors on ground storage of solar array were analyzed, which were environment, cell circuit, structure of base plate, carbon fiber material, glass fiber impregnated by organosilicon resin, and adhesive and other materials. The life extension measures were taken which were solar array was stored in box filled with high pure nitrogen, the box was stored in the environment with the temperature and humidity controlled, time of assembly and test outside box was shortened, and cell modules were checked 100%. Reliability growth testing projects at assembly level and overall level were be planned and implemented. The results showed that the inspection and test results of the solar array were qualified after the past 6 years of ground storage, and it could meet the needs of launch mission. The measures taken were effective. The study will provide technical support of life extension work of long term storage for other spacecraft semi-rigid solar arrays.

Tiangong-2 Space Lab; Solar array; Semi-rigid; Ground storage; Life extension; Reliability growth; Life assessment

1006-1630(2016)05-0017-06

2016-09-05；

2016-09-18

上海市科委重點(diǎn)項(xiàng)目(045211033)

鄭宗勇(1985—)，男，碩士，主要研究方向?yàn)榭臻g飛行器結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。

V442

A

10.19328/j.cnki.1006-1630.2016.05.003