北京空间飞行器总体设计部刘治钢研究员：空间电源系统及技术发展

2022年11月13日，中国电工技术学会第26期青年云沙龙以线上和线下结合的形式成功召开。本期青年云沙龙主题为“空天电源技术及应用”，会议从航空、航天和临近空间三个领域对空天电源最新技术进展、应用前景及未来挑战展开研讨。本期云沙龙由中国电工技术学会主办，中国电工技术学会青年工作委员会、中科院空天信息创新研究院十部共同承办。
北京空间飞行器总体设计部供配电技术研究室主任刘治钢研究员应邀就《空间电源系统及技术发展趋势浅析》发表学术报告，现将刘治钢研究员的报告分享给各位读者，以期促进本领域的学术交流和技术进步。

专家简介

刘治钢，工学博士，研究员。现任北京空间飞行器总体设计部供配电技术研究室主任，中国电工技术学会无线电能传输专业委员会委员、中国宇航学会第一届空间太阳能电站专业委员会委员、航天五院科学技术委员会空间太阳能发电与能量传输专业组成员。
主要从事航天器供配电系统设计、复杂航天器能源健康管理、空间能源技术发展规划等工作。曾先后担任嫦娥五号飞行试验器、嫦娥五号供配电分系统副主任设计师，我国首次火星探测任务“天问一号”供配电分系统主任设计师。主持国家自然基金、军委科技委、装备发展部、国防科工局预先研究项目10余项，对航天器供配电系统设计、新型空间电源技术等方面有深入研究。
出版《航天器电源系统建模与仿真》、《Spacecraft Power System Technologies》、《航天器电源技术》专著3本，在国内外重要期刊与会议发表学术论文30余篇，授权国家发明专利20余项，获2021年中国专利奖银奖，2022年国防科技进步三等奖、航天科技集团技术发明二等奖、进步三等奖各1项。
报告摘选

国际空间站发电功率更大。中国空间站在发电功率/舱体重量比，平台功耗比等指标上占优，太阳电池阵效率更高。我国深空供配电分系统取得了多项关键技术，总体水平与国际水平相当，有力地牵引了深空探测电源系统的发展。我国为地外巡视器设计了极端环境下高比特性电源系统，研发了适应火星光谱的电池片和除尘技术，总体水平处于国际领先地位。
随着技术发展，电源系统功率范围不断扩展，比功率和转换效率持续提升。发展核动力航天器，用于解决木星及以远任务太阳能利用困难的痛点，解决超大型航天器远距离探测电源需求，面向未来月面实验室、火星科研站等任务技术储备。
载人登月的任务主要分为载人飞行、月面着陆和月面探测三大类型。载人飞行任务一般搭乘三名甚至更多航天员，为保证安全和机动能力，一般采用双冗余母线，减少故障导致的损失；同时采用高自由度、轻量化的太阳翼，减小机动时的影响。
月面着陆主要包括：在环月轨道上完成与载人飞船的交会对接、月面软着陆、为航天员月面活动提供支持；月面起飞，在环月轨道上与载人飞船第二次交会对接，支持航天员和样品转移到载人飞船。因此，其主要采用可展收折叠太阳翼，减少机动时的冲击。
月面探测任务类型繁多，短期探测可采用空间燃料电池、宽温高比能蓄电池组等储能电源，长期探测则需要采用大面积高效太阳电池阵、核反应堆等电源类型。
在轨服务是指服务航天器携带设备装置与目标航天器发生相互作用，达到服务的目的，其包括在轨补给、功能扩展、碎片清除和故障维修等操作。针对电源系统而言需要包括：太阳翼在轨辅助展开、维修更换、蓄电池组在轨更换等。
目前空间电源系统在平台化系统、定制化系统均取得了显著进步，未来需基于载人月球、核动力航天器、在轨服务与维护等新任务需求，对超大功率电源系统技术、分布式电源技术、无线能量传输技术、电源系统数字化等关键技术进行攻关，不断推动我国空间电源技术实现跨越式发展，为实现我国由航天大国迈向航天强国注入源源不断的“能量”。