電(dian)(dian)(dian)源(yuan)是航天(tian)器(qi)在廣袤太空中持續運行(xing)的重要(yao)支撐。在嫦(chang)娥五(wu)號任(ren)務(wu)中，中國航天(tian)科技集團八院(yuan)811所承擔了著陸器(qi)、上升器(qi)、軌(gui)道器(qi)、返回器(qi)4個(ge)平臺中軌(gui)道器(qi)、著陸器(qi)及(ji)上升器(qi)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)產品的研制任(ren)務(wu)。電(dian)(dian)(dian)源(yuan)系(xi)統由電(dian)(dian)(dian)源(yuan)控制器(qi)、鋰離(li)子(zi)(zi)蓄(xu)電(dian)(dian)(dian)池組及(ji)太陽電(dian)(dian)(dian)池陣組成，為了確保以最(zui)好的性能保障此(ci)次(ci)任(ren)務(wu)，中國航天(tian)科技集團八院(yuan)811所研制人(ren)員卯足了馬力，“電(dian)(dian)(dian)源(yuan)控制器(qi)比功率國內(nei)最(zui)高、國際領先，鋰離(li)子(zi)(zi)蓄(xu)電(dian)(dian)(dian)池航天(tian)應用比能量(liang)最(zui)高，太陽電(dian)(dian)(dian)池陣面(mian)積(ji)比功率國內(nei)最(zui)高”，是他們交出的滿意的答卷(juan)。

　　這是(shi)怎么做到(dao)的?研制(zhi)人(ren)員自(zi)有秘笈(ji)。

　　適(shi)應多器多飛行階段的多個狀態(tai)

　　嫦(chang)娥五(wu)號任(ren)務包括(kuo)運載發射、地月(yue)轉(zhuan)(zhuan)移、近(jin)月(yue)制(zhi)動、環(huan)月(yue)運行(xing)、月(yue)面下降(jiang)、月(yue)面工(gong)作(zuo)、月(yue)面上升、交會對(dui)接(jie)、環(huan)月(yue)等(deng)待、月(yue)地轉(zhuan)(zhuan)移和(he)(he)再入回(hui)收11個(ge)階(jie)(jie)段(duan)，著陸器(qi)(qi)、上升器(qi)(qi)、軌道(dao)器(qi)(qi)、返回(hui)器(qi)(qi)在飛(fei)行(xing)狀(zhuang)態中有多(duo)種(zhong)組合(he)和(he)(he)分離方(fang)式，電源如何以(yi)最佳(jia)的(de)狀(zhuang)態適應多(duo)器(qi)(qi)多(duo)飛(fei)行(xing)階(jie)(jie)段(duan)的(de)多(duo)個(ge)狀(zhuang)態，研制(zhi)人員開展了(le)變革(ge)。

　　電源控制(zhi)器(qi)是探測器(qi)電源系統的“大(da)腦”，為解決在嫦娥五號四器(qi)飛(fei)行過程(cheng)中(zhong)能源緊張、重量資源受限的問題(ti)，控制(zhi)器(qi)經歷(li)了一次從(cong)PCU到(dao)PCDU的升級。

　　“從PCU到PCDU，在(zai)于從單一功(gong)能(neng)向多(duo)功(gong)能(neng)的(de)升級。在(zai)嫦娥(e)三號、嫦娥(e)四號任(ren)務中，電源控(kong)制器只包括功(gong)率調節模塊(kuai)，嫦娥(e)五(wu)號則集中了功(gong)率調節模塊(kuai)、配(pei)電模塊(kuai)、火工品控(kong)制模塊(kuai)、智(zhi)能(neng)接(jie)口單元(yuan)等幾個(ge)功(gong)能(neng)，這是探月工程的(de)首(shou)次(ci)應用”，嫦娥(e)五(wu)號電源產(chan)品主任(ren)設(she)計(ji)師鄭磊(lei)介紹道(dao)。

　　而在(zai)單(dan)機內部，也經歷了一次脫胎(tai)換骨的變革，研制(zhi)人(ren)員(yuan)在(zai)參考國外(wai)相關技(ji)術(shu)資料、權衡相關利弊后，大膽挑戰，國內首(shou)創多(duo)個高(gao)(gao)度集成(cheng)化技(ji)術(shu)，讓電源控制(zhi)器(qi)比功率達到國內最高(gao)(gao)、國際領(ling)先(xian)水平，實現了性(xing)(xing)能的跨(kua)越性(xing)(xing)的提升。

　　嫦娥(e)五號(hao)(hao)電(dian)(dian)(dian)源產(chan)品技(ji)術負責人徐澤峰說(shuo)，“針對原(yuan)(yuan)先(xian)(xian)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)板(ban)集成(cheng)(cheng)密度(du)不高(gao)的(de)(de)(de)(de)問題，我們經過多(duo)次(ci)試驗，摒棄(qi)了(le)(le)當時國內衛星(xing)型(xing)號(hao)(hao)普(pu)遍采(cai)(cai)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)直插式(shi)工(gong)藝，首次(ci)采(cai)(cai)用(yong)(yong)了(le)(le)大規(gui)模表貼(tie)式(shi)工(gong)藝，這個首次(ci)引領(ling)了(le)(le)該技(ji)術在后續(xu)其他型(xing)號(hao)(hao)應用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)新局面(mian);同時，在模塊(kuai)間創新性(xing)采(cai)(cai)用(yong)(yong)信號(hao)(hao)母板(ban)、印制板(ban)載(zai)流技(ji)術和匯流條(tiao)(tiao)優化等措施，實現(xian)了(le)(le)模塊(kuai)電(dian)(dian)(dian)纜(lan)的(de)(de)(de)(de)高(gao)度(du)集成(cheng)(cheng)，大幅度(du)減少(shao)了(le)(le)體(ti)(ti)積和重量。”通過與嫦娥(e)三號(hao)(hao)產(chan)品的(de)(de)(de)(de)對比可以看到，原(yuan)(yuan)先(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)正(zheng)面(mian)直插式(shi)工(gong)藝被換成(cheng)(cheng)了(le)(le)雙面(mian)貼(tie)片，電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)板(ban)集成(cheng)(cheng)密度(du)大大提(ti)(ti)高(gao);原(yuan)(yuan)先(xian)(xian)布滿了(le)(le)密密麻麻導線(xian)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)板(ban)，現(xian)在整齊地(di)分布著寥寥幾條(tiao)(tiao)清晰的(de)(de)(de)(de)線(xian)路(lu)(lu)(lu)，產(chan)品密度(du)得到了(le)(le)提(ti)(ti)高(gao);而單(dan)機(ji)的(de)(de)(de)(de)模塊(kuai)數量，則從原(yuan)(yuan)先(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)5個成(cheng)(cheng)功壓(ya)縮為2個，體(ti)(ti)積達到了(le)(le)嫦娥(e)三號(hao)(hao)控制器體(ti)(ti)積的(de)(de)(de)(de)1/3。這些(xie)技(ji)術，在后續(xu)實現(xian)了(le)(le)二(er)十多(duo)個專利的(de)(de)(de)(de)授權(quan)。

　　按(an)照嫦(chang)娥五(wu)號的(de)(de)工作模式，在抵達月(yue)(yue)球(qiu)軌道后，著陸器和(he)(he)上(shang)升(sheng)器的(de)(de)組合體與軌道器和(he)(he)返回器的(de)(de)組合體分離，著陸器和(he)(he)上(shang)升(sheng)器落到月(yue)(yue)球(qiu)表面，開展月(yue)(yue)面采(cai)集樣本工作。

　　充分考慮到此次月(yue)面(mian)執行任務的(de)時(shi)間(jian)及(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)產(chan)品的(de)工作模式后(hou)，按照(zhao)(zhao)(zhao)總體(ti)的(de)方案(an)，研制人員在(zai)(zai)(zai)著(zhu)陸(lu)(lu)器(qi)(qi)和(he)上(shang)升(sheng)器(qi)(qi)組合體(ti)的(de)能(neng)源(yuan)設計上(shang)做了(le)優化(hua)。徐澤峰說(shuo)，“著(zhu)陸(lu)(lu)器(qi)(qi)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)產(chan)品包(bao)括太陽(yang)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)陣和(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)控制器(qi)(qi)，上(shang)升(sheng)器(qi)(qi)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)產(chan)品包(bao)括太陽(yang)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)陣、電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)控制器(qi)(qi)以及(ji)鋰(li)離(li)(li)子蓄(xu)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)。分離(li)(li)之(zhi)前，在(zai)(zai)(zai)飛行階(jie)段(duan)和(he)月(yue)面(mian)階(jie)段(duan)光(guang)照(zhao)(zhao)(zhao)期(qi)，著(zhu)陸(lu)(lu)器(qi)(qi)的(de)太陽(yang)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)承擔(dan)起了(le)為組合體(ti)供電(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)責任;而(er)當組合體(ti)在(zai)(zai)(zai)月(yue)面(mian)階(jie)段(duan)分離(li)(li)后(hou)，上(shang)升(sheng)器(qi)(qi)迅速(su)轉換角色，由太陽(yang)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)在(zai)(zai)(zai)光(guang)照(zhao)(zhao)(zhao)期(qi)為自身供電(dian)(dian)(dian)(dian)。而(er)在(zai)(zai)(zai)非光(guang)照(zhao)(zhao)(zhao)期(qi)，著(zhu)陸(lu)(lu)器(qi)(qi)和(he)上(shang)升(sheng)器(qi)(qi)共用一(yi)組鋰(li)離(li)(li)子蓄(xu)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)，由該蓄(xu)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)為組合體(ti)提(ti)供電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)。”

　　助力四器組合的“繞(rao)、落、回”終極(ji)目標

　　在(zai)月(yue)球探測任務(wu)中，探測器(qi)所需(xu)能(neng)源較傳統衛(wei)星緊(jin)張的(de)多。嫦娥五號為四器(qi)組(zu)合體設計(ji)，且需(xu)一(yi)次性完成“繞、落、回(hui)”三個目(mu)標，所需(xu)能(neng)源更是超過了我國任何一(yi)項月(yue)球探測、深空探測任務(wu)。因此，提高太陽電池陣和鋰離子(zi)蓄電池組(zu)的(de)能(neng)源供給能(neng)力，是研制人員需(xu)要解決的(de)重要問題。

　　“為了提高(gao)太(tai)陽(yang)電(dian)(dian)(dian)池陣發電(dian)(dian)(dian)功(gong)率，我們(men)給(gei)自己設(she)定了目標，在太(tai)陽(yang)電(dian)(dian)(dian)池陣的正(zheng)面，確保貼片面積達到最大化”，嫦娥五號太(tai)陽(yang)電(dian)(dian)(dian)池電(dian)(dian)(dian)路技(ji)術負責人陳城介紹(shao)道(dao)。

　　但在探月任(ren)務中太陽(yang)(yang)電(dian)池帆板(ban)面積(ji)受到(dao)嚴重(zhong)的(de)(de)(de)限制，同時(shi)，不同于普通(tong)衛星，探測(ce)器本身的(de)(de)(de)構型決定了帆板(ban)的(de)(de)(de)不規則形狀(zhuang)(zhuang)，嫦娥五號的(de)(de)(de)太陽(yang)(yang)電(dian)池帆板(ban)有三角(jiao)形和多邊形等多種形狀(zhuang)(zhuang)。基(ji)板(ban)面積(ji)小，且奇形怪狀(zhuang)(zhuang)，怎么(me)辦?

　　“一般的(de)衛(wei)星型號(hao)，我(wo)們(men)設計太(tai)(tai)陽(yang)電池電路(lu)時(shi)(shi)僅采用單(dan)一尺寸的(de)太(tai)(tai)陽(yang)電池。針對嫦娥(e)(e)五(wu)號(hao)，我(wo)們(men)打破(po)常(chang)規思路(lu)，采用多種尺寸的(de)電池進(jin)行混合布片，讓布片效率達到了(le)91%以上，這比常(chang)規產品(pin)高(gao)(gao)了(le)5%-10%。同時(shi)(shi)，還要(yao)選擇最高(gao)(gao)效率的(de)太(tai)(tai)陽(yang)電池，嫦娥(e)(e)三號(hao)和嫦娥(e)(e)四號(hao)的(de)太(tai)(tai)陽(yang)電池光電轉換(huan)效率分別為(wei)28.6%和30.84%，嫦娥(e)(e)五(wu)號(hao)達到了(le)31%以上”。經過不懈努力，嫦娥(e)(e)五(wu)號(hao)太(tai)(tai)陽(yang)電池板單(dan)位面積下的(de)輸出功率不僅在(zai)產品(pin)研(yan)制時(shi)(shi)，即使在(zai)現(xian)在(zai)，都為(wei)國內最高(gao)(gao)水平。

　　比(bi)(bi)能量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)是(shi)鋰(li)(li)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)蓄電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)(de)一大(da)性能指標(biao)，數(shu)值越(yue)高(gao)(gao)(gao)，單位(wei)體(ti)積或(huo)重量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)可以存儲的(de)(de)(de)(de)能量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)越(yue)多。攻關伊始(shi)，國內鋰(li)(li)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)蓄電(dian)(dian)(dian)池(chi)單體(ti)的(de)(de)(de)(de)比(bi)(bi)能量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)最(zui)高(gao)(gao)(gao)為155Wh/kg，國際上最(zui)高(gao)(gao)(gao)為165Wh/kg。針(zhen)對(dui)嫦娥五(wu)號鋰(li)(li)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)蓄電(dian)(dian)(dian)池(chi)產品使用(yong)(yong)壽(shou)命短(duan)，放電(dian)(dian)(dian)深度高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)特點，研(yan)(yan)(yan)制人員(yuan)在(zai)仔細(xi)分析(xi)了(le)(le)技(ji)術指標(biao)的(de)(de)(de)(de)可行性、查(cha)閱了(le)(le)大(da)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)文(wen)獻(xian)資(zi)料(liao)、調研(yan)(yan)(yan)了(le)(le)鋰(li)(li)電(dian)(dian)(dian)企業(ye)的(de)(de)(de)(de)技(ji)術資(zi)料(liao)后(hou)，制定(ding)了(le)(le)攻關方案。“我(wo)們選用(yong)(yong)了(le)(le)比(bi)(bi)能量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)更高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)鈷酸(suan)鋰(li)(li)正極材(cai)(cai)料(liao)和(he)石墨(mo)負極材(cai)(cai)料(liao)、選用(yong)(yong)了(le)(le)高(gao)(gao)(gao)分子(zi)(zi)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)粘結劑材(cai)(cai)料(liao)降低粘結劑用(yong)(yong)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)、并優化(hua)極片配方提高(gao)(gao)(gao)活性物質的(de)(de)(de)(de)含量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)”，嫦娥五(wu)號鋰(li)(li)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)蓄電(dian)(dian)(dian)池(chi)主管設計師王(wang)曉(xiao)銳說道。輕描淡(dan)寫(xie)的(de)(de)(de)(de)介紹(shao)，背后(hou)是(shi)大(da)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)工(gong)藝(yi)試驗，新(xin)(xin)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)極材(cai)(cai)料(liao)、新(xin)(xin)的(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)配比(bi)(bi)，與過(guo)去完(wan)全不同的(de)(de)(de)(de)各項(xiang)理化(hua)參數(shu)導致混粉、制漿等工(gong)序(xu)的(de)(de)(de)(de)工(gong)藝(yi)發生很大(da)變化(hua)，但(dan)研(yan)(yan)(yan)制人員(yuan)一步(bu)一個(ge)腳印，踏踏實(shi)實(shi)地驗證了(le)(le)每一道工(gong)序(xu)。經過(guo)8個(ge)月(yue)的(de)(de)(de)(de)努力(li)，他(ta)們將蓄電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)(de)重量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)比(bi)(bi)能量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)提高(gao)(gao)(gao)至195Wh/kg。這個(ge)數(shu)值，為目前航天(tian)用(yong)(yong)鋰(li)(li)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)蓄電(dian)(dian)(dian)池(chi)比(bi)(bi)能量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)最(zui)高(gao)(gao)(gao)值。

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