國內首位電池專家將進入太空，他研究的方向事關神舟飛船“心臟”

繼北京航空航天大學宇航學院航天飛行器技術系教授桂海潮之后，現年39歲的張洪章成為我國第二位叩問蒼穹的載荷專家，也是我國電池領域首位進入空間站的研究人員。

10月30日，神舟二十一號載人飛行任務航天員張陸、武飛、張洪章在酒泉衛星發射中心亮相。澎湃新聞記者注意到，來自我國第三批航天員、首次執行飛行任務的張洪章入選前是中國科學院大連化學物理研究所研究員。

神舟二十一號載人飛行任務航天員張洪章，入選前為中國科學院大連化學物理研究所研究員。圖片均來自中國科學院大連化學物理研究所官網。

中國科學院大連化學物理研究所官網信息顯示，張洪章于2004年進入山東大學化學與化工學院，本科畢業后進入國內化工領域頂尖的中國科學院大連化學物理研究所，開啟5年碩博連讀的科研生涯。

其碩博期間一項重要課題是做“高性能、低成本全釩液流電池用離子傳導膜研究”。離子傳導膜是當時依賴進口、成本極高的關鍵材料，張洪章所在的團隊經歷三四年攻關，實現了膜材料結構和性能優化，他作為完成人之一也榮獲了2012年遼寧省技術發明二等獎和2014年中國科學院杰出科技成就獎。2013年7月起，張洪章任中國科學院大連化學物理研究所副研究員，2018年7月起任研究員。

張洪章的研究方向為鋰/硫原電池、低溫動力電池、鉛炭蓄電池、鋰離子混合超級電容器的設計及關鍵材料開發，涉及碳材料、正負極活性物質、隔膜、電解液、集流體與電池結構等領域；全釩液流電池用離子傳導膜的研發，包括離子交換膜、多孔離子傳導膜。其帶領的課題組致力于大規模儲能技術的近、中、長期發展，致力于大規模儲能技術的實用化。

中國載人航天工程建設發展的初衷是“造船為建站，建站為應用”，我國空間站全面建成后，工程全面轉入應用與發展階段。隨著載人天地往返技術日趨成熟，科學家們在這座國家太空實驗室里開展空間科學實驗和技術實驗已成為可能。

2018年，我國啟動第三批預備航天員選拔，范圍首次由空軍現役飛行員相應擴大至相關工業部門、科研院所和高校的航空航天工程技術和科研人員。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第三批航天員。經全面考評，入選神舟二十一號載人飛行任務乘組。

何謂載荷？航天器上裝載的、直接實現航天器在軌運行任務的儀器、設備、人員、試驗生物及試件等，被稱為有效載荷。載荷專家一般從載人航天工程空間科學研究及應用領域的科研人員中選拔，主要負責空間科學實驗載荷的在軌操作。

據神舟二十一號載人飛行任務新聞發布會信息，按計劃，神舟二十一號航天員乘組在軌期間將新開展27項科學與應用項目，主要針對空間生命科學與生物技術、航天醫學、空間材料科學、微重力流體物理與燃燒、航天新技術等多個領域的關鍵科學問題進行深入系統的研究。

此外，神舟二十一號還上行了面向空間應用的鋰離子電池電化學光學原位研究、空間站在軌智能算力平臺試驗等搭載項目，將為后續開展科學研究提供依據，為在軌應用進一步奠定基礎。

作為載荷專家，張洪章此次“上天”的主要任務就是負責空間站科研實驗。值得一提的是，根據張洪章本人透露，他參與的實驗項目，也將在此次神舟二十一號任務中搭載上行。

另外值得關注的是，自1999年神舟一號成功首飛以來，電源作為飛船的心臟不斷迭代升級。一套強大的電源系統不僅是航天員的生命保障，也為科學實驗提供穩定能源。神舟飛船的電力來源主要包括太陽能電池和蓄電池兩部分。

澎湃新聞記者梳理發現，神舟一號到神舟七號電源的核心目標，是保障航天員的基本生存和飛船的正常運行，確保飛船“上得去、回得來”。這一時期的電源雖然功能基礎，卻填補了我國空間電源領域的多項空白，為后續發展奠定了堅實的基礎。

從神舟八號到神舟十一號，這個階段在保證安全可靠的前提下，開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，神舟八號電源進行重大升級：供電結構由兩機組升級為三機組，采用了約28%光電轉換效率的三結砷化鎵太陽電池，單組鎘鎳蓄電池容量升級至70安時，鋅銀電池的使用壽命增加100%，整船供電能力突破1800瓦。

這一升級滿足了飛船與天宮實驗室對接期間的高負載需求，同時，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，在中國空間站建造階段，神舟飛船電源又迎來全新的挑戰，其面臨的不再是單一航天器的穩定供電，而是如何在復雜的空間站組合體中更為智能地應對。從神舟十二號任務起，每艘神舟飛船發射時，地面會同步準備一艘同型號應急救援待命船。這一階段的電源還強化了飛控監控能力。

而在空間站常態化運營后，神舟飛船電源邁入“自由用電”時代，也就是既能獨立供電，也可與空間站實現并網供電。同時，電源應對故障和突發情況的能力更加強大，安全性更成熟。

在神舟十八號飛船上，鋅銀電池壽命再次延長了20%，支撐飛船在軌停靠時間大幅增加。值得一提的是，神舟十八號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，還大幅簡化了在地面和飛行任務中的使用復雜性，為其配套的三重冗余充電控制系統，更為電池上了“三道保險”，將航天員用電的安全性可靠性推向了新高度。

而鋰電“上崗”后表現如何？神舟十九號“上天”之際，神舟飛船電源分系統研制人員曾介紹，“鋰電能量更高、循環壽命更長、無記憶效應。其在應對復雜工況時，無須開展特殊的在軌維護工作。另外，相比鎘鎳蓄電池，鋰電能量保持能力更強，能使太陽帆板基本處于停轉狀態，間接減少機械結構的損耗。”

該研制人員表示，從“上崗”半年數據來看，神舟十八號載人飛船鋰離子蓄電池的性能與入軌初期相比幾乎沒有改變。神舟十九號作為神舟十八號的應急救援待命船，其鋰離子蓄電池也已在地面“待機”半年之久。研制人員重點比對了鋰離子蓄電池在出廠、進場及發射三個階段的數據，電池狀態與剛出廠時基本沒有差異，仍處在巔峰狀態。

可以說，自神舟十八號載人飛船開始，鋰離子蓄電池、太陽能帆板和儲充系統的完美配合，為飛船的太空之旅保駕護航。而隨著技術的進一步迭代，中國載人航天的用電安全與自由將持續得到更有力的保障。而張洪章的“新科研之旅”或將為鋰電池的太空和地面研究帶來新提示。