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第二位叩問蒼穹的載荷專家，也是我國電池領(lǐng)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(wù)航天員張陸、武飛、張洪章在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心亮相。澎湃新聞記者注意到，來自我國第三批航天員、首次執(zhí)行飛行任務(wù)的張洪章入選前是中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員。

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

中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所官網(wǎng)信息顯示，張洪章于2004年進入山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，本科畢業(yè)后進入國內(nèi)化工領(lǐng)域頂尖的中國科學(xué)院大連化學(xué)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(dǎo)膜研究”。離子傳導(dǎo)膜是當時依賴進口、成本極高的關(guān)鍵材料，張洪章所在的團隊經(jīng)歷三四年攻關(guān)，實現(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)明二等獎和2014年中國科學(xué)院杰出科技成就獎。2013年7月起，張洪章任中國科學(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(shè)計及關(guān)鍵材料開發(fā)，涉及碳材料、正負極活性物質(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)模儲能技術(shù)的近、中、長期發(fā)展，致力于大規(guī)模儲能技術(shù)的實用化。

中國載人航天工程建設(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)家們在這座國家太空實驗室里開展空間科學(xué)實驗和技術(shù)實驗已成為可能。

2018年，我國啟動第三批預(yù)備航天員選拔，范圍首次由空軍現(xiàn)役飛行員相應(yīng)擴大至相關(guān)工業(yè)部門、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第三批航天員。經(jīng)全面考評，入選神舟二十一號載人飛行任務(wù)乘組。

何謂載荷？航天器上裝載的、直接實現(xiàn)航天器在軌運行任務(wù)的儀器、設(shè)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(xué)研究及應(yīng)用領(lǐng)域的科研人員中選拔，主要負責(zé)空間科學(xué)實驗載荷的在軌操作。

據(jù)神舟二十一號載人飛行任務(wù)新聞發(fā)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(xué)與應(yīng)用項目，主要針對空間生命科學(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)等多個領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問題進行深入系統(tǒng)的研究。

此外，神舟二十一號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試驗等搭載項目，將為后續(xù)開展科學(xué)研究提供依據(jù)，為在軌應(yīng)用進一步奠定基礎(chǔ)。

作為載荷專家，張洪章此次“上天”的主要任務(wù)就是負責(zé)空間站科研實驗。值得一提的是，根據(jù)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(wù)中搭載上行。

另外值得關(guān)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(tǒng)不僅是航天員的生命保障，也為科學(xué)實驗提供穩(wěn)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(fā)現(xiàn)，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(chǔ)，卻填補了我國空間電源領(lǐng)域的多項空白，為后續(xù)發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

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(jié)構(gòu)由兩機組升級為三機組，采用了約28%光電轉(zhuǎn)換效率的三結(jié)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(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。從神舟十二號任務(wù)起，每艘神舟飛船發(fā)射時，地面會同步準備一艘同型號應(yīng)急救援待命船。這一階段的電源還強化了飛控監(jiān)控能力。

而在空間站常態(tài)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(xiàn)并網(wǎng)供電。同時，電源應(yīng)對故障和突發(fā)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(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”，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“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、無記憶效應(yīng)。其在應(yīng)對復(fù)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(zhuǎn)狀態(tài)，間接減少機械結(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(yīng)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(fā)射三個階段的數(shù)據(jù)，電池狀態(tài)與剛出廠時基本沒有差異，仍處在巔峰狀態(tài)。

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(tǒng)的完美配合，為飛船的太空之旅保駕護航。而隨著技術(shù)的進一步迭代，中國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硇绿崾尽?/p>