2022年11月30日，神舟十五號載人飛船順利與“T”字構型空間站組合體交會對接。此時，空間站組合體首次形成了三艙三船的構型。如此大型的組合體，要實現(xiàn)正常在軌運行，艙段的供電管理十分重要。
空間站由天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙這三個超大型航天器組成，供電方式復雜，用電需求大，采用了單艙獨立供電和組合體并網(wǎng)供電兩種模式。
(資料圖片)
當航天器太陽能帆板受空間位置、軌道姿態(tài)等的影響出現(xiàn)遮擋，不足以滿足自身負載功率需求時，就需要組合體間相互并網(wǎng)來解決大型組合體中不同艙段的能源調配問題。
為此，空間站供配電單機的研制單位開展了并網(wǎng)控制器的研制和攻關工作，實現(xiàn)空間站三艙之間、空間站與神舟載人飛船以及天舟貨運飛船等來訪飛行器之間的能源系統(tǒng)并網(wǎng)控制，是空間站組合體大能源系統(tǒng)的“供電管家”。
在空間站建造任務中，研制人員共為空間站能源系統(tǒng)提供3類6臺并網(wǎng)供電設備，分別為并網(wǎng)控制器I、并網(wǎng)控制器II和并網(wǎng)控制器III，“三兄弟”皆“居住”在空間站核心艙內。
其中，“老大”（并網(wǎng)控制器I）負責空間站天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙三艙之間的并網(wǎng)供電控制，“老二”（并網(wǎng)控制器II）負責空間站與貨運飛船之間雙向并網(wǎng)供電控制，“老三”（并網(wǎng)控制器III）負責空間站與載人船之間并網(wǎng)供電。“三兄弟”分工明確、責任清楚，把空間站三艙、貨運飛船以及載人飛船的能源系統(tǒng)通過并網(wǎng)形成一個大型的能源系統(tǒng)，實現(xiàn)組合體間的能源智能調配和故障重構。
相較于其他星載電源產品，“三兄弟”具有功率最大、功能最復雜、工作模式最多、控制方式智能化、可靠性要求高等特點，是研制人員在五十多年宇航電源研制基礎上打造的核心電源產品。
為了保障空間站能源系統(tǒng)的可靠工作，研制團隊開展了大量調研、理論分析和試驗驗證等工作，在原理樣機、試驗件、電性件、鑒定件以及正樣件的研制過程中突破多項關鍵技術。
為避免并網(wǎng)接入、退出瞬間產生的電流沖擊和電壓尖峰對能源系統(tǒng)的影響，保證空間站組合體電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，并網(wǎng)控制器采用“并網(wǎng)柔性接入退出、遠程電壓控制”等技術，按照對接艙體實際供電電壓，智能調節(jié)并網(wǎng)控制器輸出電壓，使各單艙能源系統(tǒng)與組合體能源系統(tǒng)之間實現(xiàn)“柔性”并網(wǎng)，從而保證各能源系統(tǒng)可靠并網(wǎng)。
此外，并網(wǎng)控制器還采用“高壓大功率DC/DC變換”、“雙向雙模式并網(wǎng)控制”、“短路檢測和過載保護”等多項關鍵技術，可保證“三兄弟”當好空間站三艙能源系統(tǒng)的“并網(wǎng)管家”，同時還要承擔來訪飛行器“兼職并網(wǎng)管家”的重任，實現(xiàn)貨運飛船、載人飛船在軌并網(wǎng)，為我國空間站能源系統(tǒng)保駕護航。
面對我國載人航天工程后續(xù)任務，航天工作者們將加快腳步，加大預先研究和關鍵技術攻關的力度，為完成后續(xù)航天器產品研制工作繼續(xù)貢獻力量！
來源/中國空間技術研究院
