锂電“上新”，神舟飛船電源邁入新時代

25日，酒泉衛星發射中心，神舟十八号載人飛船在長征二号F運載火箭的托舉下升空。21年，13次載人飛行任務，神舟載人飛船已成功将22位航天員、35人次送入太空，任務成功率100%。

神舟飛船電源一直在進步.應對空間複雜環境能力不斷更新，應對型号高密度發射和研制的管理經驗也愈發成熟。“通過局部提升，逐漸疊代更新，讓‘感覺良好’持續響徹在太空中”，中國航天科技集團八院技術專家鐘丹華說道。

你好，锂電！

神舟十八号的成功發射，是神舟飛船電源的重要裡程碑。大容量長壽命高可靠锂離子蓄電池将接過神舟飛船“十七朝元老”大容量镉鎳蓄電池的“接力棒”，開啟神舟飛船電源的新征程。

但新“成員”锂離子蓄電池，并不是“履曆空白”的航天“新兵”。鐘丹華介紹，神舟飛船采用的長壽命大容量锂離子蓄電池，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探索，再次更新锂離子蓄電池的充電控制方式，“采用全硬體的充電控制方式，安全備援采用三重備援控制方式，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’。”在每種充電控制方式裡，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，采取了多模備援等容錯設計，并相應更新了充電控制器的結構、以及各子產品之間的聯通方式等，鐘丹華透露，“這在目前國内的全硬體控制系統裡面，安全性可靠性是最高的。”

相比其他航天器，神舟飛船電源的工作環境比較複雜。有單船飛行時的大負載自主供電，有遮擋嚴重和光照條件較差時接受空間站的并網供電，還有傳回途中的安全供電，故障時的應急供電等等，這些都要求“空間站優秀員工”锂離子蓄電池和他的“前輩”镉鎳蓄電池一樣，接受嚴苛的考核。秉着“不給它人制造麻煩”的理念，锂離子蓄電池的更新、更換等工作，隻能在原先镉鎳蓄電池的“一畝三分地”上充分發揮最大能動性，可謂挑戰重重。

每一次任務成功的背後，是無數人全力以赴堆積的堅持。從産品研制到傳遞，811所研制人員用了四年的時間完成了大量的地面試驗驗證完成了與整船的各種比對測試。“用最大充放電倍率去考核，用最長擱置時間去加嚴，用锂離子蓄電池在各種工作模式裡的溫度上下邊界去驗證，從細微之處诠釋‘太空生命之舟’對可靠性安全性要求最高、對工作标準最高的特征”，鐘丹華說道。

以電源進步更好地助力載人航天工程

回顧神舟載人飛船的曆史，從1999年神舟一号飛天開始，二十幾年的時間裡，伴随載人航天工程各個階段的任務需要，每一階段飛船的電源都蘊含着探索與突破。變的，是飛船電源不斷提升的産品能力，是大陸載人航天領域的持續進步和創新；不變的，是一直堅持的高可靠性高安全性标準。

在載人航天工程的第一個階段，神舟一号到神舟七号的電源經曆了一段從無到有、從零起步的故事。在全面吸收國内外研制經驗及教訓的基礎上，研制團隊經過多輪論證和攻關，确定了多種電源聯合供電的飛船電源系統模式，其中包括為飛船量身打造的光電轉換效率約15%的矽太陽電池、65安時的镉鎳蓄電池，和當時國内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内空間電源的空白。接下來的幾艘船，又相繼攻克了不同類型的電源并網、滿足擴大發射視窗需求、電源故障模拟與仿真、進一步提升可靠性安全性設計等難題，實作了讓神舟“上得去”“回得來”的目标。

随着中國載人航天二期工程的全面開展，為實作兩個航天器間的載人交會對接任務，解決有一定規模的、短期有人照料的空間應用問題，需要提供更大規模的供電能力。自神舟八号開始，飛船的電源系統在前期的基礎上，經曆了一次大的更新。供電結構由兩機組更新為三機組，采用了約28%光電轉換效率的三結砷化镓太陽電池，镉鎳蓄電池容量更新至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，為後續飛船的電源系統建立了一個基線。”也正是從此開始，更新後的飛船電源系統攜手發電能力更強的天宮一号目标飛行器和天宮二号空間實驗室，讓航天員在太空随時吃上了熱飯熱菜。

2020年開始，空間站建造大幕徐徐拉開。神舟十二号到神舟十五号在二期的基礎上，進一步提升電源适應不同使用環境的能力。電源具備了發射場長期待命、應急救援的快速發射能力，同時可以在空間站“一字構型”“L字構型”“T字構型”狀态下，适應複雜的遮擋情況，與空間站開展并網供電。“無論是徑向停靠、前向停靠，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複雜考核，成功在飛船系統層面保障了能源供給的安全，表現‘穩健’”。

進入空間站應用與發展階段，神舟飛船開始組批生産。為更好地承受空間站常态化營運階段各種複雜的外部力量，神舟十六号和神舟十七号電源相繼對太陽電池翼驅動系統、驅動機構進行了更新，以“四兩拔千斤”的方式，確定電源的健壯性。

值得一提的是，神舟十八号不僅僅疊代更新了主電源的蓄電池及其充電控制方式，更是将傳回電源、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停靠任務。通過電源産品能力的逐漸提升，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”，鐘丹華說道。