長征五號B搭載天和號核心艙發(fā)射瞬間 圖源：我們的太空

如今，天和核心艙成功發(fā)射，讓中國人在太空有個家的愿望從夢想照進現(xiàn)實。家的正常運營離不開電。中國空間站的背后，有一個怎樣的“太空電站”在提供源源不斷的能量?負責空間站電源分系統(tǒng)抓總研制的中國航天科技集團八院 811 所揭開了“太空電站”的奧秘。

天和核心艙是未來空間站的指揮控制中心。航天員的生活起居要在這里進行，并將在此開展一定的空間科學實驗和技術(shù)試驗。為了讓航天員在太空中的長期生活能夠更加舒適，核心艙提供了約 50 立方米的空間供航天員工作生活。除了升級睡眠區(qū)，還新增了專門的衛(wèi)生區(qū)和運動區(qū)。此外，核心艙內(nèi)還可以連接 WIFI 上網(wǎng)。

如果說之前航天員生活過的“天宮二號”飛行器是“一房一廳”簡裝，那這次發(fā)射的天和核心艙就是“三房兩廳加儲藏間”的豪華裝修了。如此龐大的系統(tǒng)，用電需求也是 “天宮二號”的近三倍，需要強有力的電力保障。

太空中，核心艙唯一的能量來源，就是太陽能。因此天和核心艙配有兩對大面積的太陽電池翼，單翼面積可達到 67 平方米。其在光照區(qū)將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，供整艙應用，同時為蓄電池儲存能量，以便核心艙飛至陰影區(qū)時使用。這兩組太陽電池翼在初期發(fā)電能力超過 18000 瓦，遠遠超過了國內(nèi)之前任何一個航天器。

“天宮二號”的太陽電池翼單翼翼展只有 3 米，天和核心艙的電池翼單翼展開增加到了 12.6 米。運載火箭的裝載空間有限，研制人員在國內(nèi)首次應用了多維多步展開的柔性太陽電池翼，巧妙 地解決了這一問題。得益于高效光電轉(zhuǎn)換效率的三結(jié)砷化鎵 太陽電池的應用，它們與高比能鋰離子蓄電池一起，構(gòu)成了強大的電源系統(tǒng)，為空間站提供可靠、充足的不間斷發(fā)電。

核心艙太陽電池翼的另一個特殊功能，是其在軌期間可以整翼拆卸、轉(zhuǎn)移。考慮到后續(xù)空間站組建完成后對核心艙太陽電池翼造成的遮擋，從而影響發(fā)電，這兩個太陽電池翼可由航天員與機械臂配合，實現(xiàn)艙外拆卸、轉(zhuǎn)移，安裝于后續(xù)發(fā)射的實驗艙尾部桁架上，并在軌重新組建供電通道，實現(xiàn)了在軌能源拓展的功能。

空間站長期在軌穩(wěn)定運行，航天員長期駐留，站內(nèi)安全是最關(guān)鍵的問題。在空間站運行到太陽無法照射的陰影區(qū)時，鋰離子蓄電池負責為整個艙體供電。電池的安全性如何保證?

811 所研制人員經(jīng)過長期攻關(guān)，找到了解決辦法。他們設計出了一種滿足空間站運行需求的長壽命大容量高安全鋰離子蓄電池。該電池采用陶瓷隔膜， 具備良好的防內(nèi)短路效果，同時在電池組內(nèi)使用阻燃材料，防止電池高溫引發(fā)燃燒。

據(jù)悉，空間站核心艙共有 6 組鋰離子蓄電池，每組有 66 個單體電池。811 所研制人員還設計出了一套智能化的鋰電管理系統(tǒng)，實現(xiàn)高精度、高可靠、高安全的鋰電充電控制。電池充電時啟用三級保護機制，并實施溫度監(jiān)測，當充電溫度高于設定安全溫度值 時，立即停止對該蓄電池充電。

空間站在長達10年以上的在軌運行過程中，航天員需定 期對鋰電進行在軌更換。如何在不影響空間站的正常供電情況下確保航天員的操作安全?研制人員為鋰電更換操作上了“雙保險”。核心艙有兩個功率通道，當其中一個通道需要更換電池時，由另一個通道作為主力供電。每個功率通道中，任意一個機組中電池需要更換時，本機組斷電，剩余兩個機組可以保證本通道正常供電。

此外，研制人員在鋰離子蓄電池模塊中還安裝了兩個并聯(lián)的分段開關(guān)，通過將電池組的電壓降低到人體的安全電壓范圍，滿足人體的 36 伏安全電壓要求，保護了航天員開展在軌維修時的人身安全。