中国空间站的独特构型勾画了追求卓越的中国智慧，凝聚着自主创新的中国力量。对于承担电源分系统的中国航天科技集团有限公司八院811所来说，需要为空间站提供源源不断的能源，其技术水平直接决定未来空间探测任务开展的可行与否。

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

中国空间站的建设，从无到有，是几代航天人的梦想和接续奋斗。从航天员天地往返“专车”神舟飞船，到天宫目标航天器、太空实验室，从“快递小哥”货运飞船，到空间站“豪宅”在轨运行，为不断刷新“太空电站”的供电能力，电源分系统研制团队充分展示出了不甘人后的进取精神，增加太阳电池阵面积、提高太阳电池光电转换效率等，每一步都走的扎扎实实。

早在1992年，那时神舟飞船刚刚立项。从无到有，从零起步，研制团队一开始就面临论证难题。在全面吸收国内外研制经验及教训的基础上，团队集中5家国内空间电源优势单位，组成当时最先进的“国家队”，组织开展了高效率太阳电池等技术攻关及研制，成功填补了当时多项国内空间电源的空白。1999年，神舟一号载人飞船成功发射，飞船使用了我国首款为载人飞船量身打造的太阳翼，单翼展开面积为24平方米。

随着中国载人航天工程的逐步推进，需要提供更大规模的供电能力。电源分系统团队上下一盘棋，全体人员通力协作，攻克了一个又一个技术难关。2021年，在中国空间站“第一块积木”天和核心舱上，我国首个大面积可展收柔性太阳翼亮相，单翼展开面积67平方米。2022年相继发射的问天和梦天实验舱，配置的PLUS版柔性太阳翼单翼展开面积达到138平方米。三舱形成组合体后，柔性太阳翼面积达到约700平方米，成为中国空间站的主要能源来源。

太阳电池翼面积逐步增大，而运载火箭装载空间有限，为了解决这一问题，研制团队历经多年打磨，研制出三款不同风格、各具特色的太阳电池翼：刚性太阳电池阵、半刚性太阳阵，和柔性大面积可展收太阳电池翼。比起传统的刚性、半刚性太阳翼，柔性翼全部收拢后仅为刚性太阳翼的1/8。在目前中国空间站的“T”字构型中，刚性、半刚性、柔性太阳电池翼“三代同堂”，携手遨游太空。

为了进一步提高太阳电池翼的供电能力，研制团队开展了大量的技术攻关，让太阳电池片经历了从光电转换效率14.8%的硅电池，到28%的砷化镓太阳电池，再到30%、32%、34%的高效多结砷化镓太阳电池的多次跃升。其中32%是当下世界上空间型号应用最高效率的太阳电池。而在新一代载人飞船试验船上搭载应用的34%光电转换效率的三结砷化镓太阳电池，则将再次推动我国航天电源系统的迭代升级。

考虑到太阳电池翼获取能量能力受太阳入射角和空间站飞行姿态的影响，研制团队经过多年攻关、反复验证，在问天和梦天实验舱上，国内首次采用双自由度的对日定向机构。让太阳翼始终以“向日葵”的姿态获取到最大的能量，提供最稳定的能量。

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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