繼北京航空航天大學(xué)宇航學(xué)院航天飛行器技術(shù)系教授桂海潮之后，現(xiàn)年39歲的張洪章成為我國(guó)第二位叩問(wèn)蒼穹的載荷專家，也是我國(guó)電池領(lǐng)域首位進(jìn)入空間站的研究人員。

10月30日，神舟二十一號(hào)載人飛行任務(wù)航天員張陸、武飛、張洪章在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心亮相。澎湃新聞?dòng)浾咦⒁獾?，?lái)自我國(guó)第三批航天員、首次執(zhí)行飛行任務(wù)的張洪章入選前是中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員。

神舟二十一號(hào)載人飛行任務(wù)航天員張洪章，入選前為中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員。圖片均來(lái)自中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所官網(wǎng)。

中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所官網(wǎng)信息顯示，張洪章于2004年進(jìn)入山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，本科畢業(yè)后進(jìn)入國(guó)內(nèi)化工領(lǐng)域頂尖的中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所，開(kāi)啟5年碩博連讀的科研生涯。

其碩博期間一項(xiàng)重要課題是做“高性能、低成本全釩液流電池用離子傳導(dǎo)膜研究”。離子傳導(dǎo)膜是當(dāng)時(shí)依賴進(jìn)口、成本極高的關(guān)鍵材料，張洪章所在的團(tuán)隊(duì)經(jīng)歷三四年攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了膜材料結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)化，他作為完成人之一也榮獲了2012年遼寧省技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)和2014年中國(guó)科學(xué)院杰出科技成就獎(jiǎng)。2013年7月起，張洪章任中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所副研究員，2018年7月起任研究員。

張洪章的研究方向?yàn)殇?硫原電池、低溫動(dòng)力電池、鉛炭蓄電池、鋰離子混合超級(jí)電容器的設(shè)計(jì)及關(guān)鍵材料開(kāi)發(fā)，涉及碳材料、正負(fù)極活性物質(zhì)、隔膜、電解液、集流體與電池結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域；全釩液流電池用離子傳導(dǎo)膜的研發(fā)，包括離子交換膜、多孔離子傳導(dǎo)膜。其帶領(lǐng)的課題組致力于大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的近、中、長(zhǎng)期發(fā)展，致力于大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的實(shí)用化。

中國(guó)載人航天工程建設(shè)發(fā)展的初衷是“造船為建站，建站為應(yīng)用”，我國(guó)空間站全面建成后，工程全面轉(zhuǎn)入應(yīng)用與發(fā)展階段。隨著載人天地往返技術(shù)日趨成熟，科學(xué)家們?cè)谶@座國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室里開(kāi)展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)實(shí)驗(yàn)已成為可能。

2018年，我國(guó)啟動(dòng)第三批預(yù)備航天員選拔，范圍首次由空軍現(xiàn)役飛行員相應(yīng)擴(kuò)大至相關(guān)工業(yè)部門(mén)、科研院所和高校的航空航天工程技術(shù)和科研人員。在航天員類別方面，既包括航天員駕駛員，又包括航天飛行工程師和載荷專家。2020年9月，張洪章作為載荷專家入選為我國(guó)第三批航天員。經(jīng)全面考評(píng)，入選神舟二十一號(hào)載人飛行任務(wù)乘組。

何謂載荷？航天器上裝載的、直接實(shí)現(xiàn)航天器在軌運(yùn)行任務(wù)的儀器、設(shè)備、人員、試驗(yàn)生物及試件等，被稱為有效載荷。載荷專家一般從載人航天工程空間科學(xué)研究及應(yīng)用領(lǐng)域的科研人員中選拔，主要負(fù)責(zé)空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)載荷的在軌操作。

據(jù)神舟二十一號(hào)載人飛行任務(wù)新聞發(fā)布會(huì)信息，按計(jì)劃，神舟二十一號(hào)航天員乘組在軌期間將新開(kāi)展27項(xiàng)科學(xué)與應(yīng)用項(xiàng)目，主要針對(duì)空間生命科學(xué)與生物技術(shù)、航天醫(yī)學(xué)、空間材料科學(xué)、微重力流體物理與燃燒、航天新技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究。

此外，神舟二十一號(hào)還上行了面向空間應(yīng)用的鋰離子電池電化學(xué)光學(xué)原位研究、空間站在軌智能算力平臺(tái)試驗(yàn)等搭載項(xiàng)目，將為后續(xù)開(kāi)展科學(xué)研究提供依據(jù)，為在軌應(yīng)用進(jìn)一步奠定基礎(chǔ)。

作為載荷專家，張洪章此次“上天”的主要任務(wù)就是負(fù)責(zé)空間站科研實(shí)驗(yàn)。值得一提的是，根據(jù)張洪章本人透露，他參與的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，也將在此次神舟二十一號(hào)任務(wù)中搭載上行。

另外值得關(guān)注的是，自1999年神舟一號(hào)成功首飛以來(lái)，電源作為飛船的心臟不斷迭代升級(jí)。一套強(qiáng)大的電源系統(tǒng)不僅是航天員的生命保障，也為科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供穩(wěn)定能源。神舟飛船的電力來(lái)源主要包括太陽(yáng)能電池和蓄電池兩部分。

澎湃新聞?dòng)浾呤崂戆l(fā)現(xiàn)，神舟一號(hào)到神舟七號(hào)電源的核心目標(biāo)，是保障航天員的基本生存和飛船的正常運(yùn)行，確保飛船“上得去、回得來(lái)”。這一時(shí)期的電源雖然功能基礎(chǔ)，卻填補(bǔ)了我國(guó)空間電源領(lǐng)域的多項(xiàng)空白，為后續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

從神舟八號(hào)到神舟十一號(hào)，這個(gè)階段在保證安全可靠的前提下，開(kāi)始更加注重提升航天員在太空生活和工作的舒適度。為滿足新的需求，神舟八號(hào)電源進(jìn)行重大升級(jí)：供電結(jié)構(gòu)由兩機(jī)組升級(jí)為三機(jī)組，采用了約28%光電轉(zhuǎn)換效率的三結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池，單組鎘鎳蓄電池容量升級(jí)至70安時(shí)，鋅銀電池的使用壽命增加100%，整船供電能力突破1800瓦。

這一升級(jí)滿足了飛船與天宮實(shí)驗(yàn)室對(duì)接期間的高負(fù)載需求，同時(shí)，也讓航天員在太空吃上熱飯熱菜成為可能，為航天員的太空生活注入了溫度。

隨后，在中國(guó)空間站建造階段，神舟飛船電源又迎來(lái)全新的挑戰(zhàn)，其面臨的不再是單一航天器的穩(wěn)定供電，而是如何在復(fù)雜的空間站組合體中更為智能地應(yīng)對(duì)。從神舟十二號(hào)任務(wù)起，每艘神舟飛船發(fā)射時(shí)，地面會(huì)同步準(zhǔn)備一艘同型號(hào)應(yīng)急救援待命船。這一階段的電源還強(qiáng)化了飛控監(jiān)控能力。

而在空間站常態(tài)化運(yùn)營(yíng)后，神舟飛船電源邁入“自由用電”時(shí)代，也就是既能獨(dú)立供電，也可與空間站實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)供電。同時(shí)，電源應(yīng)對(duì)故障和突發(fā)情況的能力更加強(qiáng)大，安全性更成熟。

在神舟十八號(hào)飛船上，鋅銀電池壽命再次延長(zhǎng)了20%，支撐飛船在軌停靠時(shí)間大幅增加。值得一提的是，神舟十八號(hào)飛船首次采用鋰離子蓄電池替代服役17次的鎘鎳蓄電池，為整船減重了50公斤左右，為貨物運(yùn)輸騰出更多空間。

鋰電的引入不僅提高了能量密度，還大幅簡(jiǎn)化了在地面和飛行任務(wù)中的使用復(fù)雜性，為其配套的三重冗余充電控制系統(tǒng)，更為電池上了“三道保險(xiǎn)”，將航天員用電的安全性可靠性推向了新高度。

而鋰電“上崗”后表現(xiàn)如何？神舟十九號(hào)“上天”之際，神舟飛船電源分系統(tǒng)研制人員曾介紹，“鋰電能量更高、循環(huán)壽命更長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)。其在應(yīng)對(duì)復(fù)雜工況時(shí)，無(wú)須開(kāi)展特殊的在軌維護(hù)工作。另外，相比鎘鎳蓄電池，鋰電能量保持能力更強(qiáng)，能使太陽(yáng)帆板基本處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)，間接減少機(jī)械結(jié)構(gòu)的損耗?！?/p>

該研制人員表示，從“上崗”半年數(shù)據(jù)來(lái)看，神舟十八號(hào)載人飛船鋰離子蓄電池的性能與入軌初期相比幾乎沒(méi)有改變。神舟十九號(hào)作為神舟十八號(hào)的應(yīng)急救援待命船，其鋰離子蓄電池也已在地面“待機(jī)”半年之久。研制人員重點(diǎn)比對(duì)了鋰離子蓄電池在出廠、進(jìn)場(chǎng)及發(fā)射三個(gè)階段的數(shù)據(jù)，電池狀態(tài)與剛出廠時(shí)基本沒(méi)有差異，仍處在巔峰狀態(tài)。

可以說(shuō)，自神舟十八號(hào)載人飛船開(kāi)始，鋰離子蓄電池、太陽(yáng)能帆板和儲(chǔ)充系統(tǒng)的完美配合，為飛船的太空之旅保駕護(hù)航。而隨著技術(shù)的進(jìn)一步迭代，中國(guó)載人航天的用電安全與自由將持續(xù)得到更有力的保障。而張洪章的“新科研之旅”或?qū)殇囯姵氐奶蘸偷孛嫜芯繋?lái)新提示。