太空飛行的飛船，核心功能單元就是電源管理系統(tǒng)。

新一代載人飛船試驗船的能源管理功能是在繼承神舟飛船電源分系統(tǒng)的基礎上，開展了一系列高可靠的設計，針對新一代載人飛船試驗船的特殊性，也實現(xiàn)了多個突破，完成了能源管理系統(tǒng)從神舟飛船到新一代載人飛船的“進化”過程。

更安全

國內(nèi)唯一“雙保險”電源系統(tǒng)

說新一代載人飛船試驗船能源管理系統(tǒng)是高可靠性、高安全性的電源系統(tǒng)，這并不夸張，因為它是目前國內(nèi)唯一的“雙保險”電源系統(tǒng)。

“作為國內(nèi)唯一既有主電源，又有輔助電源的電源系統(tǒng)，新一代載人飛船實驗船能源管理系統(tǒng)可以在主電源完全故障的情況下，由輔助電源獨立完成任務。這就相當于兩套電源系統(tǒng)，一套主電源，一套輔助電源，均可以獨立完成任務，可以說是上了雙保險。”新一代載人飛船試驗船能源管理系統(tǒng)主任設計師鐘丹華介紹。

而在飛船能源管理功能的主電源上，又采用了多機組均衡控制、多機組的可靠性的冗余設計?！靶乱淮d人飛船實驗船能源管理系統(tǒng)具備目前國內(nèi)最高的冗余度。主電源本身具備三個機組，有三套獨立的控制器和電池組，任何一個機組出現(xiàn)故障，剩余的兩個機組也可以獨立完成飛行任務。同時，在三個機組中采用了均衡設計，既可以三個機組均衡，也可以兩個機組均衡，配合多機組冗余設計，保證了多個機組之間放電和充電的一致性。不僅僅是雙保險，可以說是多重保險了?！?/p>

更新穎

氣浮平臺+金屬延長板

載人航天平臺的首次使用

作為神舟飛船的PLUS版本，6人座的新一代載人飛船試驗船較3人座的神舟飛船構型大了一倍，新型艙體結構設計給太陽電池翼與艙體的對接帶來了很大困難，“傳統(tǒng)的太陽電池翼收攏安裝方式將導致太陽翼地面展開吊掛裝置在收攏過程中與艙體干涉，而無法收攏安裝到位?！?/p>

研制人員開展了一系列的調(diào)研，“大部分航天器采用了傳統(tǒng)鋅銀的吊掛式展開方案，也有一些衛(wèi)星型號采用了氣浮式展開方案。吊掛式展開需要解決凹艙上方的吊掛干涉問題，氣浮式展開需要解決氣浮平臺無法伸進凹艙的問題，采取哪個方案？一時難以定奪?！毖兄迫藛T對太陽翼從生產(chǎn)到發(fā)射的全流程進行了分析研討，在與艙體總裝、太陽翼總裝密切溝通協(xié)調(diào)后，確定在載人航天型號上首次采用“氣浮平臺+金屬延長板”的解決方案。

所謂氣浮平臺，即太陽翼通過氣浮墊支撐在一個重達15噸的氣浮展開平臺上，浮墊通過壓縮空氣形成氣膜，將整個太陽翼浮起來，隨后在氣浮平臺上移動、對接、實現(xiàn)無摩擦阻力展開。

“使用氣浮平臺可以避免太陽翼在收攏過程中與艙體的干涉，為了保證高精準平面度，我們在氣浮平臺上采用了天然花崗巖平臺、人造花崗巖框架組合的制造工藝?！?/p>

在金屬延長板的實施過程中，考慮到反復拆裝帶來的操作風險和時間消耗，能源管理功能系統(tǒng)邀請艙體總裝與總體設計來到上?，F(xiàn)場，對太陽翼裝艙的細節(jié)進行了深入探討，最終通過艙體與精密轉(zhuǎn)臺整體平移的方式順利解決了這一難題，并將太陽翼裝艙工作耗時由7天縮短到2天，優(yōu)化了發(fā)射場流程。針對上海、北京和發(fā)射場之間氣源接口型號多樣、難以適配的問題，則采用了氣瓶組供氣的方式解決了這一問題，大大降低了保障需求。能源管理系統(tǒng)完美解決了復雜航天器外形條件下太陽翼裝艙問題。

更高效

國際空間最高光電轉(zhuǎn)換效率

太陽電池的首次應用

在新一代載人飛船試驗船太陽電池翼上，以充電電路的形式搭載并應用了光電轉(zhuǎn)換效率為34%的高效砷化鎵太陽電池。

34%光電轉(zhuǎn)換效率是什么概念？太陽電池翼是航天器賴以持續(xù)飛翔的翅膀，是航天器的動力來源，其性能與可靠性直接關系著航天器是否能順利完成預定任務。目前，國內(nèi)外空間應用的太陽電池翼主電源主要為光電轉(zhuǎn)換效率30%的太陽電池，世界上空間型號應用的最高效率太陽電池電路產(chǎn)品光電轉(zhuǎn)換效率為32%。

從30%到32%再到34%，看似2%轉(zhuǎn)換效率的提升，卻可以說是該技術體系的“塔尖上的再騰躍”的變化。為達到批產(chǎn)產(chǎn)品光電轉(zhuǎn)換效率34%的水平，盡快實現(xiàn)型號太陽電池電路的應用，811所研制人員開展了大量的技術攻關，如采用新型覆蓋短波、中波太陽光的寬/中帶隙半導體材料，進一步降低載流子熱損、提高太陽光譜的能量利用率，攻克和解決失配材料生長的技術難點，寬光譜低反射率調(diào)配技術等，填補了國際相關產(chǎn)品的領域空白，目前為國際領先水平。

隨著衛(wèi)星、載人航天、深空探測等領域?qū)δ芰揩@取技術提出‘高效率、輕量化、高壓、更高質(zhì)量比功率’的要求，如空間站需要更大規(guī)模的供電能力，單翼太陽電池陣的面積將由目前的10平方米提高到100平方米以上，但同時為了保證航天器姿態(tài)控制，又要求盡可能減少太陽電池陣面積，提高太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率成為解決上述矛盾的有效途徑之一，34%光電轉(zhuǎn)換效率電池將有效提升我國太空與深空航天器的發(fā)電能力，支撐我國航天電源系統(tǒng)的更新?lián)Q代?！?/p>

更優(yōu)化

經(jīng)費節(jié)約了，流程縮短了

與載人航天之前型號相比，新一代載人飛船試驗船的另一個亮點，是電池的測試、發(fā)射流程得到了優(yōu)化。

新一代載人飛船試驗船能源管理功能配套了8臺輔助電源，輔助電源為320AH鋅銀蓄電池組。但作為一次性使用電池，鋅銀電池的壽命僅有6個月，面臨長達1-2年測試周期的整船測試，我們模擬鋅銀電池相應的工作特性，采用地面的電子電源代替開展相應的功能測試。一臺電池的研制經(jīng)費為幾十萬，15臺電池就節(jié)約了上百萬的經(jīng)費。

高溫高濕的海島環(huán)境對鎘鎳電池發(fā)出了挑戰(zhàn)?！版k鎳電池的精確活化溫度范圍為18℃-20℃，儲存溫度范圍為-2℃-2℃，且需要配備專門低溫存儲柜，但這些條件在海南都不具備。為此，科研人員更改了流程，將鎘鎳電池在上?；罨?、封閉好后，運輸?shù)桨l(fā)射場。（而之前的流程，在發(fā)射場開展活化工作，需要攜帶大量的地面設備，15臺進場設備、20根電纜、6個地面設備箱、1個集裝箱，同時還需配備3名進場操作人員，整個進場活化周期將持續(xù)14天，活化期間需要開展不間斷的周期性工作，人員需要值夜班。新流程免去了進場設備的攜帶，省去了進場操作人員的配置）。

作者 |?繆新培