吴佳栋 张阳/图

青年报·青春上海记者 刘晶晶

天和核心舱的成功发射，让中国人在太空有个家的愿望从梦想照进现实。家的正常运营离不开电，那么，“太空家园”的“太空电站”，是如何打造的？负责空间站电源分系统抓总研制的中国航天科技集团第八研究院第811研究所是如何做的？

  展“翼”翱翔，“三房两厅”用电足  

吴佳栋 张阳/图

天和核心舱是未来空间站的指挥控制中心。航天员的生活起居要在这里进行，并将在此开展一定的空间科学实验和技术试验。为了让航天员在太空中的长期生活能够更加舒适，核心舱提供了约50立方米的空间供航天员工作生活。除了升级睡眠区，还新增了专门卫生区和运动区。此外，核心舱内还可以连WIFI上网。如果说“天宫二号”是“一房一厅”简装，“天和”核心舱可以算是“三房两厅加储藏间”的豪华装修了。如此庞大的系统，用电需求相应升级为“天宫二号”的近三倍，需要强有力的电力保障。

太空中唯一的能量来源，就是太阳的能量。在“天和”核心舱上，配有两对大面积的太阳电池翼，单翼面积可达到67平方米。其在光照区将太阳能转化为电能，供整舱应用，同时为蓄电池储存能量，备阴影区使用。这两组太阳电池翼在初期发电能力超过18000瓦，远远超过了国内之前任何一个航天器。

天宫二号的太阳电池翼单翼翼展只有3米，到天和核心舱上增加到了12.6米。而运载火箭的装载空间有限，研制人员国内首次应用了多维多步展开的柔性太阳电池翼，巧妙地解决了这一问题。得益于高效光电转换效率的三结砷化镓太阳电池的应用，它们与高比能锂离子蓄电池一起，构成了强大的电源系统，为空间站提供可靠、充足的不间断发电。

核心舱太阳电池翼的另一个特点，是其在轨可开展至少20次的展收动作，为此采用了铰接式伸展机构支撑双边柔性太阳电池阵的技术方案，展开方式则由原先的无源驱动展开升级为有源驱动的三维五步展开，抬升-侧展-伸展，整个过程耗时40分钟，这也被形象地称为“手风琴”展开方式。

这种特殊的折叠展开方式，让作为太阳翼“动脉”的传输电缆，经历了一番脱胎换骨的“整形”：国内首次研制、应用了柔性扁平式电缆。不仅适应了多次重复展收对电缆的折叠需求，且厚度仅有0.43毫米，在太阳阵面压紧后，电缆厚度与太阳电池片厚度相当，而重量却是同等功率传输能力下原先的一半。

核心舱太阳电池翼的另一个特殊功能，是其在轨可整翼拆卸、转移。考虑到后续空间站组建完成后对核心舱太阳电池翼造成的遮挡，从而影响发电，这两个太阳电池翼可由航天员与机械臂配合，实现舱外拆卸、转移，安装于后续发射的实验舱尾部桁架上，并在轨重新组建供电通道，这又被称为在轨能源拓展功能。

  以“锂”相助，长期居住条件佳  

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空间站长期在轨稳定运行，航天员长期驻留，站内的安全是最关键的问题。在空间站运行到太阳无法照射的阴影区时，由锂离子蓄电池为整个舱体供电。而锂电的安全性向来是大众关注的焦点。811所研制人员经过长期攻关，找到了解决办法，从研制、使用、更换等多个角度，设计出了一种满足空间站运行需求的长寿命大容量高安全锂离子蓄电池。

锂电最大的安全性问题就是热失控。对此，空间站锂电在研制时采取了多种有效的手段：从源头上，采用陶瓷隔膜，提供良好的防内短路措施；在电池组内使用阻燃材料，防止高温引发燃烧；在电池组内使用卸压材料，为单体电池膨胀时提供空间；采用全密闭的锂离子蓄电池箱体式结构式设计，为舱内提供安全可靠的环境。

空间站核心舱共有6组锂离子蓄电池，每组有 66个单体电池。而锂电使用时的难点在于实现对每个单体电池的过充保护。811所研制人员设计出了一套智能化的锂电管理系统，实现高精度、高可靠、高安全的锂电充电控制。国内首次采用高精度锂电集联采集系统，让采集精度更高、控制点更准；国内首次使用高效率高压大功率充电模块，充电时启用三级保护机制，在任意情况下保证用电安全；同时，在充电过程中实施温度监测，当充电温度高于设定安全温度值时，立即停止该机组蓄电池充电。

空间站在长达10多年的在轨运行过程中，航天员需定期对锂电进行在轨更换。如何在不影响空间站的正常供电情况下，确保航天员的操作安全呢？研制人员为锂电更换操作上了“双保险”。核心舱有两个功率通道，当其中一个通道需要更换电池时，由另一个通道作为主力供电。且每个功率通道采用“2+1”机组工作模式，任意一个机组中的电池需要更换时，将本机组断电，剩余两个机组可以保证本通道正常供电。另外，航天员在更换锂电的时候，高压电池组带来了安全隐患。为此，研制人员在锂离子蓄电池模块中安装了两个并联的分段开关，通过将电池组的电压降低到人体的安全电压范围，满足人体的36伏安全电压要求，保护了航天员开展在轨维修时的人身安全。

青年报·青春上海记者 刘晶晶

编辑:张红叶

来源:青春上海News—24小时青年报