高能武器的“超级电能弹夹”实现技术突破

张涛教授与部队官兵进行研讨。 受访单位供图

国防科技大学系统工程学院智慧军事能源团队最新研制的混合储能系统样机，连续实现了混合储能系统联合优化技术突破、高质量电压控制技术以及快速自生热技术突破，并在某高能武器研究所通过了功能测试。

◎张照星 朱梦莹 本报记者 张 强

四四方方，通体用钢板密封，一角有数个接线端口，国防科技大学系统工程学院实验室角落里的几个军绿色的柜子引起了记者的兴趣。

“这些看似毫不起眼的‘绿皮柜’是我们最新研制的混合储能系统样机。”该院智慧军事能源团队负责人张涛教授说，“相比于传统电源系统，它们体积更小、重量更轻，功率和能量密度显著提升，能充分满足某高能武器发射时的脉冲功率与能量需求，堪称高能武器的‘超级电能弹夹’。”

在该团队的努力下，这些混合储能系统样机连续实现了混合储能系统联合优化技术突破、高质量电压控制技术以及快速自生热技术突破等，并在某高能武器研究所通过了功能测试。

“有了它们，我们就能为高能武器的全气候机动化作战提供重要支撑。”张涛说。

让研究落地生成战斗力

未来的战争必然是高科技战争，以高能武器为代表的新型高科技武器装备对电能保障的要求越来越高。

时间回到2021年9月，在全军前沿能源技术培训会上，一位专家介绍了高能武器的电能保障需求——部分高能武器的用电具有典型的大功率脉冲特征，需要实现全气候宽温域稳定运行目标。

专家的介绍让智慧军事能源团队助理研究员周星敏锐意识到，当前高能武器的电能储存方案还存在较大提升空间。

“新型武器装备体系正快速发展，我们的新型能源保障技术能否运用其中？”基于这样的想法，周星立即向张涛提出研究某高能武器储能方案的建议。

然而，由于这项工作没有任何科研经费支持，也没有现成的研究方案，周星并没有说服张涛的把握。可没想到张涛听后异常兴奋：“电能是高能武器的‘弹药’。我们就是要多做这些服务备战的科研，多做能够生成战斗力的工作。没有经费支持，我们就自己想办法！”

在团队支持下，周星立刻牵头成立了课题组，并与某高能武器研究团队建立了联系。

经过多次沟通交流，他们发现该类武器当前所用的储能系统确实存在体积重量偏大、温度适应性不强等现实问题。传统单一类型电池的能源保障模式难以满足新型武器高功率密度和高能量密度要求，会限制其机动化作战能力。

这让团队陷入了思考：到底什么样的储能系统能满足高能武器电源在小型化和宽温域方面的使用需求呢？

于是，课题组开始对数十种电池和电容器件进行大量测试。经过反复研究论证，他们提出了“具有快速自生热功能的混合储能系统”的研究路线，可实现整个系统的小型化和宽温域运行目标。

探寻全气候混合储能技术

随着系统研发“蓝图”的逐渐明朗，课题组的这些年轻人铆足了劲，在系统研发之路上全力冲刺。

如何兼具高峰值功率密度与高能量密度，如何稳定瞬时大功率脉冲冲击下的总线电压，如何提高系统的宽温域稳定运行能力，成为摆在团队每个人面前的“三座大山”。

“勇开新路才能杀出血路，科研创新是等不来的。”张涛鼓励大家。

混合储能系统的选型、优化和验证需要进行大量的测试分析与建模工作，为此，团队通宵达旦地开展实验测试，确保测试不中断。

团队成员黄旭程承担了解决电路拓扑结构设计和控制算法关键问题的研制任务。

“能不能使混合储能系统输出电压在大功率冲击下依旧保持稳定？”某高能武器研究团队提出了许多实际应用中出现的棘手问题。

为找到问题的症结所在，黄旭程做了大量仿真和实验，分析了电压波动机理，有针对性地制定了抑制策略，完成了混合储能系统高质量电压控制技术研究工作。

团队成员宋元明此前一直从事着微电网系统相关研究，而针对混合储能初级电源系统的研究需要深入到器件层面，这对他来说是一个较大挑战。为了完成好研究任务，他恶补实验测试、参数辨识与模型仿真等方面的理论知识，从最基本的测试程序编写做起，一步步掌握了从测试建模到仿真控制的各项研究手段，出色完成了混合储能系统容量配置与管理控制的联合优化工作。

周星牵头研制方案和项目推进，常常在深夜拉着大家研究解决技术问题。经过反复的仿真优化、实验验证和研讨分析，他们最终确定了样机制造最可行的方案。

目前，混合储能系统样机相较原有系统，体积和重量均降低25%以上，在-40℃的极低温环境下混合储能系统样机能实现快速冷启动，大幅降低了作战准备时间。

精益求精实现性能优化

电脑屏幕荧光闪烁，每跳出一个数据，周星便迅速记在本子上，攥笔的手指因过于用力而变得发白。

“最大脉冲输出功率达标！满电状态连续发射脉冲数量达标！”当屏幕上的数据指标显示出来，周星把手高高地扬起，向旁边的同事大声报告着喜讯。

今年3月，第一代全气候混合储能脉冲电源样机与某高能武器系统顺利完成了联调测试，各项指标均达到了设计标准。这意味着经过团队两年多的不懈努力，研制方案终于顺利落地。

试验取得的成功极大鼓舞了团队，同时也成为他们下一步研究的动力。

“新型模块化组合式电路拓扑、快速功率分配控制技术、电磁防护技术等，都将成为未来高能武器小型化改造和大功率应用的重要基础。基于此，我们要在优化电路设计、扩展控制功能、提升抗扰能力等方面下功夫，迈出多模式高功率密度变换器研制的第一步，这是全气候混合储能系统的先导工程。”任务总结汇报中，黄旭程向大家介绍了全气候混合储能系统研发方案的思路。

“只有突破了先进电能储存技术，才能确保新型武器装备在战场上用得上、用得好。”周星说。

“战场要打赢，我们的武器保障能力绝不能拖了后腿，只要是军队需要的技术，再难也要攻克。”张涛介绍，目前团队正在现有混合储能系统样机的基础上加紧研制下一代全气候轻小型混合储能脉冲电源系统，以此提升高能武器的环境适应性和机动能力。

党的二十大报告指出，以国家战略需求为导向，集聚力量进行原创性引领性科技攻关，坚决打赢关键核心技术攻坚战。

如今，智慧军事能源创新团队正在创新之路上全力奔跑！