鋰電“上新”神舟飛船電源邁入新時代
來源：新民晚報 時間：2024-04-26 16:27
2021年，13次載人飛行任務，神舟載人飛船已成功將22位航天員、35人次送入太空，任務成功率100%。今昔對比，神舟飛船電源一直在進步，應對空間復雜環(huán)境能力不斷升級，應對型號高密度發(fā)射和研制的管理經驗也愈發(fā)成熟。大容量長壽命高可靠鋰離子蓄電池將接過神舟飛船“十七朝元老”大容量鎘鎳蓄電池的“接力棒”，開啟神舟飛船電源的新征程。
新“成員”鋰離子蓄電池，并不是“履歷空白”的航天“新兵”。中國航天科技集團八院技術專家鐘丹華介紹，神舟飛船采用的長壽命大容量鋰離子蓄電池，已成功在空間站、貨運飛船等航天器上應用，安全性可靠性得到了廣泛的驗證，“比能量更高、循環(huán)壽命更長、高倍率充電更佳，且為整船減重了50公斤左右，進一步滿足了空間站應用與發(fā)展階段神舟飛船的任務需求。”
新“成員”，開啟又一新征程。811所電源研制團隊繼續(xù)探索，再次升級鋰離子蓄電池的充電控制方式，“采用全硬件的充電控制方式，安全冗余采用三重冗余控制方式，每一種均可獨立開展工作，且互為備份，相當于為電池的安全性上了‘三重保險’?！痹诿糠N充電控制方式里，又充分融入了811所研制人員精益求精、毫厘不失的嚴謹作風，采取了多模冗余等容錯設計，并相應升級了充電控制器的結構以及各模塊之間的聯(lián)通方式等，鐘丹華透露，“這在目前國內的全硬件控制系統(tǒng)里面，安全性可靠性是最高的。”
在載人航天工程的第一個階段，神舟一號到神舟七號的電源經歷了一段從無到有、從零起步的故事。研制團隊經過多輪論證和攻關，確定了多種電源聯(lián)合供電的飛船電源系統(tǒng)模式，其中包括為飛船量身打造的光電轉換效率約15%的硅太陽電池、65安時的鎘鎳蓄電池，和當時國內最長使用壽命的鋅銀電池，整船的供電能力大于1200瓦。這些填補了當時多項國內空間電源的空白。接下來的幾艘船，又相繼攻克了不同類型的電源并網(wǎng)、滿足擴大發(fā)射窗口需求、電源故障模擬與仿真、進一步提升可靠性安全性設計等難題，實現(xiàn)了讓神舟“上得去”“回得來”的目標。
自神舟八號開始，飛船的電源系統(tǒng)在前期的基礎上，經歷了一次大的升級。供電結構由兩機組升級為三機組，采用了約28%光電轉換效率的三結砷化鎵太陽電池，鎘鎳蓄電池容量升級至70安時，鋅銀電池的使用壽命增加100%，電源的功率傳輸和控制功能也進行了重新設計。“可滿足整船大于1800瓦的負載需求，為后續(xù)飛船的電源系統(tǒng)建立了一個基線。”也正是從此開始，升級后的飛船電源系統(tǒng)攜手發(fā)電能力更強的天宮一號目標飛行器和天宮二號空間實驗室，讓航天員在太空隨時吃上了熱飯熱菜。
2020年開始，空間站建造大幕徐徐拉開。神舟十二號到神舟十五號在二期的基礎上，進一步提升電源適應不同使用環(huán)境的能力。電源具備了發(fā)射場長期待命、應急救援的快速發(fā)射能力，同時可以在空間站“一字構型”“L字構型”“T字構型”狀態(tài)下，適應復雜的遮擋情況，與空間站開展并網(wǎng)供電?！盁o論是徑向?？俊⑶跋蛲？?，還是慣性飛行、對地飛行，電源通過了空間站關鍵技術驗證和建造階段所有飛行工況的復雜考核，成功在飛船系統(tǒng)層面保障了能源供給的安全，表現(xiàn)‘穩(wěn)健’”。
進入空間站應用與發(fā)展階段，神舟飛船開始組批生產。為更好地承受空間站常態(tài)化運營階段各種復雜的外部力量，神舟十六號和神舟十七號電源相繼對太陽電池翼驅動系統(tǒng)、驅動機構進行了升級。值得一提的是，神舟十八號不僅僅迭代升級了主電源的蓄電池及其充電控制方式，更是將返回電源、應急電源、火工品電源使用的鋅銀電池進行了再次延壽，“鋅銀電池的使用壽命增加20%，可以支撐神舟飛船在軌更長時間的?？咳蝿?。通過電源產品能力的逐步提升，不斷拓寬任務的使用邊界，更好地助力整個空間站工程任務?！?/p>
責任編輯：閆弘旭
