嫦娥五號探測器24日凌晨從中國文昌航天發射場出發了,開始“探月之旅”。“嫦娥五號”的月球探測任務中,探測器所需能源超過了中國此前任何一項月球探測、深空探測任務,嫦娥五號的電源如何保證?
嫦娥五號探測器為四器組合體設計,由著陸器、上升器、軌道器、返回器4個部分組合而成。中國航天科技集團八院承擔了軌道器、著陸器及上升器3個部分的電源產品研制任務。
嫦娥五號需要一次性完成“繞、落、回”三個目標,“身負重任”,因此,提高太陽電池陣和鋰離子蓄電池組的能源供給能力,是研制人員需要解決的重要問題。
作為探測器電源系統的“大腦”,電源控制器經歷了一次從PCU到PCDU的升級。嫦娥五號電源產品主任設計師鄭磊介紹,從PCU到PCDU,在于從單一功能向多功能的升級。在嫦娥三號、嫦娥四號任務中,電源控制器只包括功率調節模塊,嫦娥五號則集中了功率調節模塊、配電模塊、火工品控制模塊、智能接口單元等幾個功能,實現相關功能在探月工程上的首次應用。
“為了提高太陽電池陣發電功率,我們給自己設定了目標,在太陽電池陣的正面,確保貼片面積達到最大化”,嫦娥五號太陽電池電路技術負責人陳城介紹說。但在探月任務中,太陽電池帆板面積受到嚴重限制,同時,不同于普通衛星,探測器本身的構型決定了帆板的不規則形狀,嫦娥五號的太陽電池帆板有三角形和多邊形等多種形狀。基板面積小,且奇形怪狀,怎么處理?
陳城介紹,一般的衛星型號,研制人員設計太陽電池電路時,僅采用單一尺寸的太陽電池。針對嫦娥五號,研制人員打破常規思路,采用多種尺寸的電池進行混合布片,讓布片效率達到了91%以上,這比常規產品高了5%至10%。同時,嫦娥五號選擇更高效率的太陽電池。嫦娥三號和嫦娥四號的太陽電池光電轉換效率分別為28.6%和30.84%,嫦娥五號則達到了31%以上。經過努力,嫦娥五號太陽電池板單位面積下的輸出功率不僅在產品研制時,即使在現在,都是中國國內最高水平。
“比能量”是鋰離子蓄電池的重要性能指標之一,數值越高,單位體積或重量可以存儲的能量越多。嫦娥五號鋰離子蓄電池主管設計師王曉銳介紹,研制人員將嫦娥五號相關產品的蓄電池重量“比能量”提高至195Wh/kg(瓦時每千克)。這個數值,是目前航天用鋰離子蓄電池“比能量”的最高值。