国内首位电池专家将进入太空，他研究的方向事关神舟飞船“心脏”

继北京航空航天大学宇航学院航天飞行器技术系教授桂海潮之后，现年39岁的张洪章成为我国第二位叩问苍穹的载荷专家，也是我国电池领域首位进入空间站的研究人员。

10月30日，神舟二十一号载人飞行任务航天员张陆、武飞、张洪章在酒泉卫星发射中心亮相。澎湃新闻记者注意到，来自我国第三批航天员、首次执行飞行任务的张洪章入选前是中国科学院大连化学物理研究所研究员。

神舟二十一号载人飞行任务航天员张洪章，入选前为中国科学院大连化学物理研究所研究员。图片均来自中国科学院大连化学物理研究所官网。

中国科学院大连化学物理研究所官网信息显示，张洪章于2004年进入山东大学化学与化工学院，本科毕业后进入国内化工领域顶尖的中国科学院大连化学物理研究所，开启5年硕博连读的科研生涯。

其硕博期间一项重要课题是做“高性能、低成本全钒液流电池用离子传导膜研究”。离子传导膜是当时依赖进口、成本极高的关键材料，张洪章所在的团队经历三四年攻关，实现了膜材料结构和性能优化，他作为完成人之一也荣获了2012年辽宁省技术发明二等奖和2014年中国科学院杰出科技成就奖。2013年7月起，张洪章任中国科学院大连化学物理研究所副研究员，2018年7月起任研究员。

张洪章的研究方向为锂/硫原电池、低温动力电池、铅炭蓄电池、锂离子混合超级电容器的设计及关键材料开发，涉及碳材料、正负极活性物质、隔膜、电解液、集流体与电池结构等领域；全钒液流电池用离子传导膜的研发，包括离子交换膜、多孔离子传导膜。其带领的课题组致力于大规模储能技术的近、中、长期发展，致力于大规模储能技术的实用化。

中国载人航天工程建设发展的初衷是“造船为建站，建站为应用”，我国空间站全面建成后，工程全面转入应用与发展阶段。随着载人天地往返技术日趋成熟，科学家们在这座国家太空实验室里开展空间科学实验和技术实验已成为可能。

2018年，我国启动第三批预备航天员选拔，范围首次由空军现役飞行员相应扩大至相关工业部门、科研院所和高校的航空航天工程技术和科研人员。在航天员类别方面，既包括航天员驾驶员，又包括航天飞行工程师和载荷专家。2020年9月，张洪章作为载荷专家入选为我国第三批航天员。经全面考评，入选神舟二十一号载人飞行任务乘组。

何谓载荷？航天器上装载的、直接实现航天器在轨运行任务的仪器、设备、人员、试验生物及试件等，被称为有效载荷。载荷专家一般从载人航天工程空间科学研究及应用领域的科研人员中选拔，主要负责空间科学实验载荷的在轨操作。

据神舟二十一号载人飞行任务新闻发布会信息，按计划，神舟二十一号航天员乘组在轨期间将新开展27项科学与应用项目，主要针对空间生命科学与生物技术、航天医学、空间材料科学、微重力流体物理与燃烧、航天新技术等多个领域的关键科学问题进行深入系统的研究。

此外，神舟二十一号还上行了面向空间应用的锂离子电池电化学光学原位研究、空间站在轨智能算力平台试验等搭载项目，将为后续开展科学研究提供依据，为在轨应用进一步奠定基础。

作为载荷专家，张洪章此次“上天”的主要任务就是负责空间站科研实验。值得一提的是，根据张洪章本人透露，他参与的实验项目，也将在此次神舟二十一号任务中搭载上行。

另外值得关注的是，自1999年神舟一号成功首飞以来，电源作为飞船的心脏不断迭代升级。一套强大的电源系统不仅是航天员的生命保障，也为科学实验提供稳定能源。神舟飞船的电力来源主要包括太阳能电池和蓄电池两部分。

澎湃新闻记者梳理发现，神舟一号到神舟七号电源的核心目标，是保障航天员的基本生存和飞船的正常运行，确保飞船“上得去、回得来”。这一时期的电源虽然功能基础，却填补了我国空间电源领域的多项空白，为后续发展奠定了坚实的基础。

从神舟八号到神舟十一号，这个阶段在保证安全可靠的前提下，开始更加注重提升航天员在太空生活和工作的舒适度。为满足新的需求，神舟八号电源进行重大升级：供电结构由两机组升级为三机组，采用了约28%光电转换效率的三结砷化镓太阳电池，单组镉镍蓄电池容量升级至70安时，锌银电池的使用寿命增加100%，整船供电能力突破1800瓦。

这一升级满足了飞船与天宫实验室对接期间的高负载需求，同时，也让航天员在太空吃上热饭热菜成为可能，为航天员的太空生活注入了温度。

随后，在中国空间站建造阶段，神舟飞船电源又迎来全新的挑战，其面临的不再是单一航天器的稳定供电，而是如何在复杂的空间站组合体中更为智能地应对。从神舟十二号任务起，每艘神舟飞船发射时，地面会同步准备一艘同型号应急救援待命船。这一阶段的电源还强化了飞控监控能力。

而在空间站常态化运营后，神舟飞船电源迈入“自由用电”时代，也就是既能独立供电，也可与空间站实现并网供电。同时，电源应对故障和突发情况的能力更加强大，安全性更成熟。

在神舟十八号飞船上，锌银电池寿命再次延长了20%，支撑飞船在轨停靠时间大幅增加。值得一提的是，神舟十八号飞船首次采用锂离子蓄电池替代服役17次的镉镍蓄电池，为整船减重了50公斤左右，为货物运输腾出更多空间。

锂电的引入不仅提高了能量密度，还大幅简化了在地面和飞行任务中的使用复杂性，为其配套的三重冗余充电控制系统，更为电池上了“三道保险”，将航天员用电的安全性可靠性推向了新高度。

而锂电“上岗”后表现如何？神舟十九号“上天”之际，神舟飞船电源分系统研制人员曾介绍，“锂电能量更高、循环寿命更长、无记忆效应。其在应对复杂工况时，无须开展特殊的在轨维护工作。另外，相比镉镍蓄电池，锂电能量保持能力更强，能使太阳帆板基本处于停转状态，间接减少机械结构的损耗。”

该研制人员表示，从“上岗”半年数据来看，神舟十八号载人飞船锂离子蓄电池的性能与入轨初期相比几乎没有改变。神舟十九号作为神舟十八号的应急救援待命船，其锂离子蓄电池也已在地面“待机”半年之久。研制人员重点比对了锂离子蓄电池在出厂、进场及发射三个阶段的数据，电池状态与刚出厂时基本没有差异，仍处在巅峰状态。

可以说，自神舟十八号载人飞船开始，锂离子蓄电池、太阳能帆板和储充系统的完美配合，为飞船的太空之旅保驾护航。而随着技术的进一步迭代，中国载人航天的用电安全与自由将持续得到更有力的保障。而张洪章的“新科研之旅”或将为锂电池的太空和地面研究带来新提示。