2022年11月12日10時03分，天舟五號貨運(yùn)飛船發(fā)射成功，開啟了我國空間站“T”字基本構(gòu)型完成后的首次貨運(yùn)任務(wù)。在中國載人航天工程辦公室的大力支持下，天舟五號還搭載了由中國航天科技集團(tuán)五院529廠自主研發(fā)的空間燃料電池發(fā)電系統(tǒng)載荷，開展我國首次燃料電池能源系統(tǒng)在軌試驗。
發(fā)射前，529廠組織由電能源傳輸與控制、流體驅(qū)動與傳輸、表面工程技術(shù)3個專業(yè)形成的燃料電池團(tuán)隊完成了產(chǎn)品研制并順利裝上飛船。在軌期間，空間燃料電池順利完成了在軌試驗，初步驗證了燃料電池能源系統(tǒng)在軌艙外真空、低溫及微重力條件下發(fā)電特性、變功率響應(yīng)規(guī)律以及電化學(xué)反應(yīng)的界面特性，為空間燃料電池能源系統(tǒng)的研制和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)提供重要的數(shù)據(jù)和理論支撐。
隨著我國載人航天任務(wù)的發(fā)展，載人探月和深空探測任務(wù)將面臨長時間的無太陽光照環(huán)境。如果還是采用傳統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，會造成能源系統(tǒng)重量大幅增加，無法滿足載人探月等任務(wù)供電需求，亟待開發(fā)新的能源系統(tǒng)。
為了解決航天器在無太陽光照期間長時間工作問題，529廠研制團(tuán)隊把目光鎖定在氫氧燃料電池上。基于氫氧燃料電池的再生能源系統(tǒng)是目前高能可充電池比能量的數(shù)倍。從未來載人航天任務(wù)的適應(yīng)性來看，燃料電池反應(yīng)消耗氫氣和氧氣，生成產(chǎn)物是水，還可以與推進(jìn)、熱控、環(huán)控等分系統(tǒng)一體化設(shè)計，提高資源利用效率。
為此，529廠于2011年開始了適應(yīng)空間環(huán)境的燃料電池能源系統(tǒng)技術(shù)的探索和攻關(guān)工作。研制團(tuán)隊通過多年不懈努力，突破了宇航燃料電池靜態(tài)排水、空間環(huán)境水氣熱管理、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)控制等關(guān)鍵技術(shù)，成功研制出了國內(nèi)首臺空間應(yīng)用氫氧燃料電池工程樣機(jī)。
燃料電池系統(tǒng)機(jī)理十分復(fù)雜，雖然地面落塔試驗或拋物線飛行試驗?zāi)軌蚰M微重力或弱重力環(huán)境，但試驗時間極短，無法充分獲得燃料電池在空間微重力和真空的環(huán)境下的運(yùn)行數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行太空實驗來進(jìn)行全面深入的研究。
此次搭載任務(wù)，驗證了燃料電池在微重力等空間環(huán)境下的運(yùn)行規(guī)律。掌握微重力等空間環(huán)境條件對燃料電池運(yùn)行工況的影響機(jī)制，可為后續(xù)空間燃料電池能源系統(tǒng)在我國載人探月、深空探測等重大工程中的應(yīng)用提供支撐。
據(jù)介紹，529廠燃料電池項目團(tuán)隊后續(xù)將深入開展空間燃料電池能源系統(tǒng)的工程化研究工作，實現(xiàn)我國燃料電池能源系統(tǒng)的宇航應(yīng)用。
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