4月25日，神舟十八号载人飞船成功发射。此次任务中，执行了17次发射任务的大容量镉镍蓄电池光荣“退役”，取而代之的是大容量、长寿命、高可靠性的锂离子蓄电池。

对于此次电池“换新”，航天科技集团八院811所神舟飞船主任设计师钟丹华表示：“将锂离子蓄电池应用到神舟飞船，是技术成熟后的顺势而为。”早在10年前，锂离子蓄电池就已经开始在轨应用，经过多年的技术验证，锂离子蓄电池凭借较高的成熟度，逐渐成为航天领域内的主流储能蓄电池。

锂电“上岗”，将带来哪些不同？

从神舟一号发射到神舟十七号载人飞行任务，25年间，镉镍电池圆满完成了独立飞行任务、目标飞行器和空间实验室交会对接任务，以及中国空间站的建造与技术验证任务。

“镉镍电池的特点是安全、皮实，耐过充、耐过放，对于保障载人航天领域高可靠高安全性的使用要求，具有先天优势。”钟丹华表示，在长期使用过程中，特别是进入空间站工程后，镉镍电池也显露出了地面维护复杂、在轨使用复杂，以及应对复杂工况能力不足的问题。

与镉镍电池相比，锂离子蓄电池具备比能量更高、循环寿命更长、自放电率更低的优点。通俗来说，比能量高就意味着在相同能量条件下，锂离子蓄电池的重量只有镉镍电池的1/2，甚至1/3，更适合应用于对重量有严格要求的航天任务。

看似“新面孔”，其实已是航天“老员工”。据钟丹华介绍，10年前，锂离子蓄电池就已应用于卫星产品，随着控制技术的成熟和电池安全性的迭代进步，货运飞船、空间站组合体开始全部采用锂离子蓄电池作为储能蓄电池组。锂离子蓄电池的安全性和可靠性得到广泛验证。如今，神舟飞船也开始使用镉镍蓄电池。

“此次升级电池技术，是顺应技术的发展。”钟丹华表示，更换电池后，神舟飞船将更好满足空间站应用与发展阶段的任务需求。

锂电“上岗”后，将给神舟飞船带来哪些新改变？

钟丹华进一步解释道，储能蓄电池升级换代后，秉承锂离子蓄电池高比能量的技术优点，能为整船减重50公斤左右。同时，研制人员也简化了出厂前、发射场测试期间的使用维护流程，使飞船在轨使用也更便捷，应对中国空间站任务各种复杂工况的能力更强。

升级换代后，电池储能容量多出近30%。“当飞船遇到太阳翼单翼未展开等突发情况时，电池容量余量越高，安全性就越高，可以选择的处理方案也就越多。”钟丹华形象地比喻道，“就像咱们开电动汽车，电量越充足，就越不容易有‘里程焦虑’”。

想要登船，锂电需经过哪些考验？

相比其他航天器，神舟飞船电源的工作环境更为复杂。需要应对单船飞行时的大负载自主供电，遮挡严重和光照条件较差时的空间站并网供电，返回途中的安全供电，以及在出现故障时的应急供电。

此外，由于神舟飞船已进入小批量组批生产阶段，电源分系统自身的升级换代，需要进行原位替代，以最小影响将镉镍电池更换为锂离子蓄电池。在没有单独验证船的基础上，交付产品即是上天产品，这对电源乃至整个飞船而言，都是一次技术“大考”。钟丹华坦言，“从某种意义上来说，这比重新研制更加复杂和困难。”

正确的方向是成功的先决条件。钟丹华回忆起设计之初的日子，“我们选择方案的原则，是在保证载人航天高可靠高安全标准的要求下，选择对飞船和其他分系统影响最小，以及技术继承性最高的方案。”当务之急，是先选出一条最安全可靠的技术路径。

为此，钟华丹所在的电源研制团队开始了为期1年的方案论证。通过论证比较、仿真分析、复核复算，最终选择了一条综合最优的实现方案。从产品研制到交付，从镉镍电池更换为锂离子蓄电池，811所的电源研制团队用了整整4年。

为了更加安全可靠，设计人员对锂离子蓄电池的充电控制方式也进行了安全升级。在三重冗余控制的基础上，设计人员还加入了多模冗余等容错设计，并相应升级了充电控制器的结构以及各模块之间的联通方式。

“我们设计的充电控制方式，在国内目前的全硬件控制系统里，安全性和可靠性是最高的。”钟丹华骄傲地说。

用最大充放电倍率去考核，用最长搁置时间去加严，验证锂离子蓄电池在各种工作模式下的温度边界……每一项技术改进的背后，都蕴含着几代航天人对可靠性和安全性的执着，也让中国人跨越千年的飞天梦想终成现实。

（王乐天）