四个维度，看中国“太空电站”发展变迁

10月26日，神舟十七号载人飞船成功发射，在中国首艘载人飞船成功发射的20年，回顾载人航天电源分系统的一次次技术跨越，空间站系统副总设计师马季军这样总结，“能源生成、能源储存、能源管理和能源使用实现了多次技术革新，实现了电源系统从低压到高压、太阳电池翼从刚性到半刚性再到柔性、储能电池从镉镍到氢镍再到锂电、发电能力从1千瓦到3千瓦再到30千瓦等的稳步迈进和跨越式发展，创造了10项我国航天事业的‘唯一’或‘第一’，实现了空间电源技术水平从国外跟跑、并跑到领跑的地位转变。”

从14.8%到28%、再到34%，光电转换效率实现跃升

从镉镍到氢镍、再到锂电，空间储能电池更新换代

从追梦、筑梦到圆梦，中国空间站一步步从蓝图变为现实，折射出载人航天的跨越发展。中国载人航天的储能电池，在一代代航天人的努力下，先后经历了镉镍电池时代、氢镍电池时代、锂电时代。神舟飞船储能电池配套的是第一代空间储能电池—镉镍蓄电池。在当时有限的条件下，研制一个全新规格、兼具国内领先、国际一流的大容量镉镍电池谈何容易。没有足够的设计数据和经验，没有现成答案，只有靠制定多套设计方案和工艺路线，反复地试验、不断地修改完善。但凭着“人生能有几回搏”的豪气，研制团队交出的产品圆满完成了神舟一号飞行试验，填补了当时国内大容量贮能电源的空白。截至目前，镉镍蓄电池这位“战绩显赫”的神舟飞船十六朝“元老”，依旧“感觉良好”。天宫一号配备的是第二代空间储能电池—氢镍蓄电池，凭借其优异的寿命性能等优势，圆满地完成了天宫一号、天宫二号与神舟飞船多次交会对接重要任务，为中国载人航天发展作出了重大贡献。神舟七号伴随卫星开创了载人航天首次使用锂电的历史。随后，在中国第一艘货运飞船天舟一号上，研制团队首次应用了高压大容量锂电池，我国空间电源蓄电池家族最“年富力强”的成员锂电池正式登场，挑起大梁。迈入空间站时代，结合空间站的用电新需求，研制团队经过长期攻关，从研制、使用、更换等多个角度，为空间站量身定制了长寿命大容量高安全锂离子蓄电池。针对十余年在轨需求，更是实现了在轨可维修可更换功能。在一次次的革新中，载人航天空间储能电池家族在电源分系统团队的带领下，不忘初心、继续前行。

从单个到两个、再到多个，能源管理能力稳步提高

在实施中国载人航天实施“三步走”战略过程中，神舟飞船、货运飞船、天宫目标航天器、空间站三舱等多个航天器组合构型多且复杂。如何更好地优化能源使用，提高故障应对灵活性，是摆在研制团队面前的难题。经过反复研究论证，研制团队给出了解决方案:不仅需要配置不同类型电源，而且需要在单个航天器之间和组合体航天器之间采用并网技术，即实现能源共用，来实现能量管理。载人航天一期工程的并网供电难题，主要来自于神舟飞船的不同舱段、不同种类电源的并网。考虑到飞船由轨道舱、返回舱和推进舱构成，参与并网的4种电源各不相同，研制团队在设计上采用了多种措施，实现了神舟飞船电源系统异构电源的并网供电。随着中国载人航天二期工程的全面开展，中国人要在300多公里高的外太空实现穿针引线，突破两个航天器间的载人交会对接任务，电源需要研制出国内第一个低轨道高电压的电源系统，与采用低轨低压电源系统的神舟飞船“完美搭档”。面对这项当时对全国来说都是全新的课题，团队顶着关键材料购买不到的困难，牵头国内相关领域50多家单位，在两年时间内开展了100多项技术攻关，研制出了比国外还要好的近百项新材料、新器件、新技术。通过多重试验，采用了三机组并网供电方案，圆满通过了神舟八号飞船与天宫一号目标航天器组合体飞行验证。空间站在轨运行时，各舱体的帆板光照条件变化、遮挡情况变化复杂，对空间站电源舱段间能量管理提出了更高的需求。对此，研制团队的策略是，在“太空电站”内成立一个和谐互助的太空“供电大联盟”，让实验舱、核心舱、神舟飞船、货运飞船，所有航天器之间的能源可以互通。通过灵活的并网供电，确保整个空间站系统的正常能源供给。

从安全可靠到舒适自由，造船为建站，建站为应用

中国的飞天之路，是不断让梦想成为现实的漫漫征途。中国载人航天工程自1992年立项实施起，即提出“造船为建站，建站为应用”。而载人航天，人命关天，在这个我国迄今为止安全可靠性要求最高的航天重大工程中，电源一直被称为航天器的“心脏”，团队的初心和梦想，就是在安全可靠的前提下，让航天员在太空实现用电自由。神舟飞船是航天员的天地往返“专车”，研制团队经过充分验证，确定了五种电源相混合的飞船电源模式。货运飞船是空间站专属“快递小哥”，首次应用了高压大容量锂电池，研制团队针对锂电安全性做了大量的试验和验证工作。空间站电源分系统的每一个产品均具备可维修、可更换的功能，怎样在不影响正常用电的情况下，保障航天员的在轨操作安全性？研制团队设置了多重保险，采用了相互隔离、独立工作的多通道多机组设计，并在航天员开展在轨操作时将高压降低到人体的安全电压范围。同时，充分应用人机工效学设计，让电源产品原先锐利的表面圆角化，量身定制维修工具等，用一个个细节诠释安全可靠真谛。神舟六号之前，为了节省能源，航天员在天上吃的是冷饭冷菜。为了给航天员提供一个舒适的工作生活环境，研制团队在天宫一号的供电模式上实现了重大突破，应用了更大功率的高压电源系统，成为世界上第二个掌握低轨高压电源系统核心技术的国家。2022年11月3日，随着梦天实验舱顺利完成转位，中国空间站天和、问天和梦天三舱就位、筑梦苍穹，电源发电能力实现了从初期的1千瓦到30千瓦的跨越式发展，真正让航天员在太空实现了用电自由。

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