創新攻關26年 摘取空間電源耀眼明珠

在世界航天技術飛速發展的歷程中，我國航天人經過幾代人的努力已經站在世界前列，特別是近二十六年來，我國的載人航天工程更是取得了數次歷史性的突破，至今已經完成了十多次成功飛行，先后將11名宇航員送入太空，中華民族的飛天夢在我們手中實現。載人航天工程是我國迄今為止技術難度最大，工程最龐大、管理最復雜的航天工程，是幾代數十萬科技工作人員辛勞奮斗的結晶。在這載人航天工程研制波瀾壯闊的二十六年中，研制人員憑著堅強的信念，跨越艱難，攻克了一個個技術難關，創造出一個個奇跡，承擔飛船電源分系統研制任務的航天科技集團八院811所正是其中一個典型的縮影。

載人飛船系統是工程的核心，關系工程的成敗和進度，電源分系統更是飛船系統成敗的關鍵之一。對飛船來說，電源分系統如同人體的心臟和血液一般重要，需要為其源源不斷地提供電能，它的工作穩定與否直接關系到航天器所有設備的運行，也是航天員最重要生命保障。811所自1992年起開始承擔神舟飛船電源分系統的論證任務，在二十六年的研制過程中，電源分系統三代設計人員突破重重險阻，以全部的心血為神舟一號至十一號飛船、天宮一號和天宮二號目標飛行器以及天舟一號飛船鑄就了持續健康穩定的電能，從而確保了每一次飛行任務的成功。

二十六年漫漫征程路，摘取空間電源最耀眼的明珠

811所自1992年起開始承擔神舟飛船電源分系統的論證任務。飛船電源分系統需要采用多種電源同時向三個艙段供電，工作模式多，是當時國內最為復雜、龐大的電源系統。系統研制起步時僅有6人，其中4人還是剛畢業的大學生。憑著“人生能有幾回搏”的豪氣和從事載人航天事業的光榮感，電源分系統于1994年4月在飛船各系統中首批通過方案評審，并成為飛船第一個轉入初樣研制的分系統。

1997年11月，為了盡快使載人飛船升空，工程領導決定用初樣電性船改造為試驗飛船，進行“飛船返回技術試驗”和“參試系統試驗”從而實現“上得去”“回得來”的目標。為此，工程領導專程到上海進行調研，正是電源分系統和推進分系統堅定有力的回答，為工程領導決策試驗飛船提供了關鍵性的支持。隨著神舟二號、三號和四號飛船的上天，電源分系統攻克了主電源與留軌電源并網、發射窗口擴大等關鍵性技術，為神舟五號載人飛船的發射奠定了最堅實的基礎。

2003年10月15日，神舟五號在酒泉發射升空，太陽帆板展開的那一刻，電源人十多年的夢想終在此刻實現。接下來的四年里，神舟六號和七號的發射成功標志著電源分系統在不同類型的電源并網，擴大發射窗口，故障模擬仿真，可靠性安全性設計等領域達到了國內空間電源領域的最高水平。

2007年隨著載人航天工程二期任務的全面開展，電源分系統進行了專業整合，811所迎來了新的發展契機。在總裝、集團和八院的大力支持下，電源分系統歷經近10年的拼搏，終于攻克了神舟八號三機組并網技術和天宮一號低軌高壓電源系統技術兩項技術難題，而其中天宮一號的低軌高壓電源系統技術更是一個世界性的工程難題，它的攻克標志著中國成為繼美國之后第二個掌握該項技術的國家。

2016年10月，作為擁有當今組成最復雜、電源種類最多的型號，神舟十一號載人飛船電源分系統攻克難點，使得神舟十一號的太陽電池翼在元器件上達到了90%以上國產化，成為了目前國內所有衛星型號中國產化最徹底的型號。

2017年4月，隨著天舟一號貨運飛船與天宮二號空間實驗室順利完成自動交會對接，載人航天工程進入第三階段。電源分系統首次使用低軌高壓鋰電，中國載人航天電源在經歷了鎘鎳電池時代、氫鎳電池時代，正式邁向“鋰電時代”

過去的二十六年是電源分系統的自主創新、勇攀高峰的二十六年。從載人飛船的論證開始到飛船每一艘的改進和創新，從天宮一號的關鍵技術攻關再到當前開展的如火如荼的空間站關鍵技術攻關，電源分系統每一次都在引領空間電源技術的進步。從不同種類的電源并網技術到低軌高壓電源系統技術再到長壽命可維修的空間站電源系統技術，電源分系統經歷了載人航天工程一期、二期和三期三次技術革新。其中神舟一號鎘鎳蓄電池組、天宮一號的低軌高壓電源系統技術、神舟八號的多機組電源并網技術和天舟一號的鋰電技術則更是凝聚著二十六年來電源分系統設計人員無數個夜以繼日的奮戰成果，是我國空間電源技術最璀璨的幾顆明珠。

神舟一號鎘鎳電池組：填補國內大容量貯能電源的空白

1992年，811所研制的鎘鎳電池只有四種規格，其中只有12Ah的電源經過飛行試驗考驗，其余規格均處于研制階段。而即使在國外，實際應用的航天鎘鎳電池最大容量也未超過50Ah。1994年5月方案確定，電池容量需提升到65Ah，這意味著需要研制一種新規格的鎘鎳電池，填補當時國內大容量貯能電源的空白。經過深入分析討論，為滿足要求，811所將研制方針確定為：瞄準國內外先進水平制定設計方案，力爭達到國內領先、國際一流，而不僅僅是在原有設計基礎上作簡單放大。

但當時的811所，軟硬件薄弱、廠區狹小局促，生產場地擁擠簡陋。在這樣的情況下，研制一個全新規格、兼具國內領先、國際一流的大容量鎘鎳電池談何容易。鎘鎳電池極片制造的混粉、軋制、燒結的工作場地，冬天北風不斷地往里灌，穿著棉大衣還覺著冷;夏天低矮狹小的空間充斥著控制在一千度左右的燒結爐和制氫爐散發的熱浪，進去一會兒就汗流浹背。活性物質浸漬也在臨時搭建的棚屋里進行，雨天水嘩嘩地漏，冬天更是陰冷難忍，場景不亞于居里夫人煉鐳的情狀。

模樣階段開始的時候，沒有足夠的設計數據和經驗，國外靠濕法拉漿出來的薄極片我們用干法能不能制造出來？大電流深充放電性能到底行不行？充電倍率的增加到底對壽命有多大的影響？選擇哪幾條充電終壓溫度補償曲線，才能保證飛船高可靠高功率的用電需求？要解決這些問題，沒有現成答案，只有靠制定多套設計方案和工藝路線，然后大量反復地試驗，不斷地修改完善。每種配比、每個參數往往要經過多次試驗，不斷調整，獲得穩定結果才能最終確定，研制人員常常是加班到晚上十一、二點。那時到底進行了多少次試驗，失敗了幾次，實在是難以統計。初樣階段更是遇到了交付產品的極片制造與遷址獨立建所整體搬遷的沖突，即使在這樣的困難條件下，大家齊心協力，繼續奮戰，最終電池產品完美地通過鑒定考核，技術性能全面超越任務要求，圓滿完成了神舟一號飛行試驗。

天宮一號電源分系統：國內首個、國際先進的低軌高壓母線電源分系統

電源系統被稱為航天器的心臟，在天宮一號之前，這顆“心臟”的動力并不算強大，神舟六號上的航天員為了節省電能，在天上吃的是冷飯冷菜。為了給航天員提供一個舒適的工作生活環境，必須在天宮一號的供電模式上實現重大突破。

面對這個在當時我國功率最大，壽命最長的飛行器，電源分系統面臨著一個前所未有的挑戰。為了適應這一需求，電源分系統經充分論證認為必須要解決高壓母線體制、低軌高倍率循環次數氫鎳蓄電池組、半剛性太陽基板、大面積三結砷化鎵太陽電池片、低軌太陽電池翼高壓防護、高壓充放電控制設備等技術難點。而這些技術難點不僅僅是對電源分系統，對全國來說都是全新的課題，國內沒有任何相關的研制基礎。記得那是在2003年的冬季，天宮一號低軌高壓電源系統關鍵技術攻關正式通過立項評審，通過前些年一些調研及準備工作，我們認為低軌高壓電源系統的一些關鍵技術和關鍵材料是可以通過國際市場購買或借鑒的。可誰知僅僅過了一個春節，一個又一個的問題便接踵而至。首先是俄羅斯的技術合作項目出現了中斷，接著是日本將半剛性太陽帆板的關鍵材料、美國將氫鎳蓄電池的關鍵材料、歐洲將高壓元器件相繼對我國實施了出口封鎖。此時怎么辦？是期待形勢好轉還是自己搞？五年時間電源分系統這個關攻得下來嗎？

國外的技術封鎖是航天人面臨必修課，這只能更加激勵811所通過自主創新來完成攻關任務。在短短的五年中，除系統內單位外，電源分系統還牽頭電子科技集團、兵器集團、中科院、上海交大、東華大學等國內相關領域最優秀的50多家單位，開展了100多項技術攻關。攻關項目涵蓋電子、機械、化學、材料等多個領域。經過艱苦攻關，終于研制出了比國外還要好的玻璃纖維網、離子交換膜、固體潤滑劑、高壓繼電器等近百項新材料、新器件、新技術。

首次交會對接任務的完成，標志著我國繼美國之后，成為第二個掌握低軌高壓電源系統核心技術的國家，天宮一號低軌高壓電源系統技術更是交會對接任務中四項具有國際先進水平的技術之一。

神舟八號電源分系統：八個月完成兩年半的技術顛覆性改變

2009年6月，神舟八號飛船電源分系統已完成了初樣研制任務，各單機產品的鑒定試驗已經完成，可這時北京總體卻發現了原有總體方案的風險。為了解決這一風險，總體要求我們將供電能力設計值提升40%。不要小看這40%，這對電源分系統來說卻是近乎顛覆性的改變。系統總體要重新構架，單機產品要重新設計，測試設備也要重新研制。按照之前走過的初樣正常程序至少需要兩年半時間，但總體要求電源分系統于2010年3月交付正樣產品，即短短的八個月后。怎么辦？是接受還是拒絕？一周之內，總體在等待著電源分系統的回答，總裝備部領導也在等待著電源分系統的表態。

那是一次緊急的決策會，會議從中午12點開到了第二天凌晨5點，房間里煙霧騰騰，每個人都在思考：在這么大的技術狀態變化情況下，需要完成電性、鑒定和正樣三個批次產品研制，再加上測試設備的研制，八個月的時間能行嗎？如果電源分系統說不行，那么就意味著總體要承擔影響我國于2011年進行首次交會對接任務的責任。這個千斤重擔，電源分系統扛還是不扛？回憶當時的會議情景，參與其中的每一個電源人至今仍能深深的體會到做決定時那種壓力和煎熬。

為了總體方案的可行和不突破最后的節點，經過對技術的充分評估和對進度的反復測算，電源分系統最后決定：拼了命也要干成！于是，項目管理人員按時間節點倒排計劃，計劃安排精確到了小時。當拿到計劃表時，有的設計人員不禁感嘆道：這簡直不是給人排的任務！在811全所一盤棋的協調指揮下，電源分系統集中了所內最優秀的各類資源，全所專家參與論證把關，在這攻堅的八個月的時間內，除了過春節休息兩天，所有設計師都吃住在所里，每天工作14個小時以上。為了進一步壓縮時間，把原本串行的電性和鑒定產品研制優化為一定程度的并行研制，同時安排生產工人生產24小時三班倒……就這樣，八個月后電源分系統終于攻堅克難，正樣產品提前十幾天交付總體，811所用實際行動履行了自己的諾言。

天舟一號電源分系統：中國空間電源邁向“鋰電時代”

中國載人航天電源先后經歷了鎘鎳電池時代、氫鎳電池時代。神舟七號伴隨衛星曾開創載人航天首次使用鋰電的歷史，但在低軌高壓大容量鋰電領域，擁有2700W功率的天舟一號是中國航天史上的第一次。

據中國載人航天工程貨運飛船系統副總設計師陳啟忠介紹，首次使用低軌高壓鋰電，也是為日后空間站打基礎。但作為我國在軌飛行最大的載人航天器，這個首次，讓811所的研制人員嘗盡了攻關中的酸甜苦辣。

因為采用了全新的低軌高壓大容量鋰電，其充電方式和控制策略相對以往的氫鎳電池均發生了根本性變化。天舟一號電源分系統擁有66個電池單體，電路較以往型號復雜許多，電路板面積有限，高密度的排布，在設計人員模擬電路設計時容易出現電磁兼容問題。從型號初樣到正樣，1臺單機30次試驗，電源分系統55臺單機，幾百次的試驗，811所的研制人員通過一步步改進、一步步驗證，硬是將這塊硬骨頭給啃了下來。

型號發射成功是光榮的，光榮的背后是你所想不到的堅韌地付出。參與天舟一號電源分系統的研制人員都是身兼多個型號，他們承擔了天宮二號、天舟一號和天舟二號的研制工作，三個飛行器的工作時常交叉。2016年，當神舟十一號與天宮二號交會成功交會對接后，811所的試驗隊員立馬趕往了北京的飛行控制中心，所有人員輪流24小時值班，實時關注航天器用電數據。從進發射基地到完成飛控，整整四個半月。然而在這四個半月中，連北京飛控的人手都不夠，天舟一號面臨出廠、天舟二號還在生產中，每個型號都不能停。沒辦法，部門只能實施北京和上海兩地聯動，將負責空間站和神舟飛船的每個人都發動起來，才算渡過了難關。從2015年忙著天宮二號出廠、進廠和飛控，到天舟一號出廠、進場，再到天舟一號發射和飛控，1年中9個月的連軸出差，巨大的工作量、高強度的工作，電源分系統這一支團隊扛下來了。

星空無限，探索無盡。載人航天事業二十六年的輝煌已為我們打開了眺望未來的窗口，太空深處，中國空間站的坐標更加清晰。由于空間站要求功率大、壽命長，而且在軌運行時各艙體的帆板光照條件變化、遮擋情況變化復雜，對空間站電源系統總體架構、艙段間能量調配、組合體運行應對各種故障的能力提出了較高的需求，811所電源分系統也將繼續以迎難而上、百折不回的態度，精益求精、勇挑重擔的行動，顧全大局、無私奉獻的責任及志存高遠、舍我其誰的豪氣，向著目標與夢想邁進自己每一步堅實的腳步。