纪尚功双手捧着那个用防火胶带缠起来的小方块,迈步跨进射频模块实验室的大门。
顾衡和陈绍宗紧跟在后,三个人身上的白大褂蹭满黑灰,袖口处还带着暗红色的火漆印记,空气里甚至能闻到他们身上散发出来的刺鼻溶剂味。
成功的喜悦盖过了连轴转的疲惫。
“院长,电池做出来了。”纪尚功大步走到实验台前,把那个毫不起眼的小方块递给正在检查显微镜的林天佑。
林天佑停下手里的工作,拿过电池。
重量很轻,尺寸基本控制在一个火柴盒大小,厚度不到七毫米。外表虽然因为全手工组装有些粗糙,可规格完全符合图纸上的设计参数。
“不错,基本达标。”林天佑捏了捏电池的边缘,点头认可。
周围正在组装射频电路板的沈明、苏敏,还有被借调来帮忙的王世安等通讯专家,全都停下手里的活围了上来。
“这就是微型电台的高能供电模块?”王世安盯着林天佑手里的黑色小方包,“不到五十克重,真能提供四个小时的续航?”
前几天开会,王世安对电池指标表示过强烈怀疑。
鹰酱的铅酸电池足足十几斤,现在这个不到五十克的东西,怎么看都不具备支撑通讯设备的能力。
“拿到测试台上跑一跑。上模拟负载,跑一下充放电曲线。”林天佑没有多余的废话,直接下达指令。
射频实验室最里面有一张红木长桌,上面摆着各种笨重的电子管仪器。
沈明上前接线。红线夹住正极铜片,黑线夹住负极引脚。
老式的指针万用表接通电路。表盘上的指针向右偏转,稳稳停住。
“空载电压3.72伏。”沈明看着刻度报出数据。
王世安脸上露出些许惊讶。这种极小体积能有如此高的空载电压,本身已经是了不起的成就。化学中心的这几个书呆子,还真把不可能变成了现实。
林天佑走到桌旁:“开始模拟发射负载。”
“风语者”是单兵微型电台,平时处于接收待机状态,耗电量不大。但在战士按下送话器开关、开始发射无线电信号的那零点几秒内,射频发射模块对电流的需求呈脉冲式激增,峰值电流要求达到1安培左右。对这块半个巴掌大的电池来说,这才是定生死的考验。
负责操作仪器的研究员拿出一个大功率水泥电阻,将它并联到电路里,用来模拟电台满功率发射状态下的高负载。
“接入电阻。”研究员按下金属拨动开关。
电路闭合。
就在电阻接入电路的这一秒,刚才还停留在3.72伏的电压表指针,连停顿都没有,直接向下坠落。
表针从3.7路狂跌到1.5伏,接着剧烈抖动两下,无力的滑向最左侧的零点刻度。
测试仪上的指示灯直接熄灭。
前前后后连半秒钟都不到。
纪尚功脸上的激动彻底僵住。他两步跨到测试台前,伸手拍拍万用表的外壳,满脸不敢置信。
表没坏,指针贴在零上。
“电压……电压雪崩了?”顾衡在后面出声,声音干哑。
在化学中心测试的时候,这块电池明明点亮了一点五瓦的白炽灯泡。这说明电池是有容量的,有输出能力的。可是换到这边的模拟设备上,连一秒钟都没撑住直接失败。
“这根本不可能!”陈绍宗脸上一红,直接看向林天佑,“院长,电池容量绝对没问题。我们在实验室跑过负载!”
王世安在旁边叹了口气,摇头道:“电池体积小,容量低就是硬伤。电台发射时的功率消耗,不是一盏小灯泡能比的。让一个刚出生的婴儿去扛一百斤的麻袋,直接就压垮了。”
纪尚功紧紧攥着拳头。如果供电这关过不去,风语者电台就是一堆造不出来的废纸。这几天化学中心不眠不休的努力,全白费了。
林天佑没说话。他绕过桌子,视线落在旁边的串联电流表上。
“你们看这块表。”林天佑手指敲了敲桌面。
纪尚功和几位专家全都凑近去看。
这是一块带有峰值记录功能的安培表。只见红色的记录指针停留在极低的位置,连0.2安培都不到。
“问题不在电池的容量。”林天佑环视众人,“你们在化学中心点亮过灯泡,说明它的容量和理论推算吻合。真正的问题,在内阻。”
“内阻?”纪尚功咀嚼着这两个字。
“客观条件限制了你们的工艺。”林天佑解释道,“你们用了牛皮纸做电池隔膜,电解质也是初次熬制的果冻状物质。这两种材料导致电池内部的离子迁移率太低。”
林天佑指着桌上的电池外壳:“打个比方,电池容量是水库里储存的水。你们做出的水库足够大。内阻是水库的出水管。现在这根出水管太细。电台发射,需要短时间内放出大量的水。水流卡在细管子里出不来。巨大的阻力反过来压垮了出水口的压力,导致你们看到的电压崩盘。”
话说到这,大伙儿都懂了。
电量完全够用,单纯是释放通道被卡住了脖子,但这比没电更让人绝望。
纪尚功低下头,看着自己沾满灰烬的手背。他像个考了高分却在最后一道附加题上失误的学生,满脸羞愧。
“如果要解决这个问题,必须找到真正的高分子聚合物隔膜,重新配比高纯度的电解质配方,把内部的离子迁移通道打开。”纪尚功声音低沉。
一想到又要回到那种无水无氧的手套箱前,提心吊胆的熬制剧毒氢氟酸风险,还要重头实验无数种配方,纪尚功就感到头皮发麻。
这种重头再来的试错,最少需要几个月甚至几年时间。
“常规思路,是优化材料,降低内阻。”林天佑拿起桌上的铅笔,“但我们没时间了。所以,换个思路。”
他在旁边的草稿纸上,迅速画了一个电路图。
接着,他在电池符号的旁边,并联了一条线,线上画了两条平行的短线。
“这是什么?”沈明看清了那个符号,满脸疑惑。
“电容。”林天佑回答,“一个储能电容。”
“电容?”沈明和苏敏互相对视一眼,全都愣住了。
王世安等几位无线电专家也凑过来看。
在他们固有的无线电知识体系里,电容是处理信号频段的元件,作用无非是隔直流通交流、滤波或者耦合。把它接在电源两端作为供电系统的一部分?
“林院长,在这里加个滤波元件有什么意义?”王世安不解的问。
苏敏的脑子转得飞快,她盯着那张图纸,忽然抬起头:“院长的意思是……用电容,来补足电池放电能力的不足?”
“没错。”林天佑赞许的看了她一眼。
“我刚才说过,现在的电池是一个大水库,可是出水管太细。电容是什么?电容就是水库旁边的一个小蓄水池。”
林天佑用铅笔点着纸面:“这块单兵微型电台,大多数时候都在接收信号,耗电量很低。我们可以利用这段待机时间,让水库慢慢把水蓄满这个小池子。”
“当士兵按下发射键,需要1安培大电流时。电容的内阻极低,可以在纳秒甚至皮秒级别的时间内,打开全部闸门,将储存的电荷全部释放出去,形成巨大的脉冲电流!发射间隙,电池再把电容充满就行了。”
林天佑把笔拍在桌面上。
“电池负责续航。电容负责爆发。两者结合,完美解决内阻问题。”
实验室里很安静。
王世安盯着纸上的那两个看似简单的电路符号。
搞了几十年无线电设备,拆过德国、美国无数先进电台的王世安,从来没见过把电容当做“瞬时电池”来用的设计理念。
这把供电结构直接拆分成了两部分:能量密度由电池承担,功率密度由电容承担。
用电子电路的结构设计,硬生生破解了化学材料学的发展死局。
太天才了。
“神来之笔。”王世安揉着眼角,声音里透着完全的折服。
纪尚功长出了一口气。电池不用重做配方了。他心头压着的那块大石头终于落地。
就在大家觉得危机解除时,沈明开口了。
“院长,理论没问题。但是,硬件跟不上。”沈明指着草图上的电容符号,“要提供1安培的电流,哪怕只有零点几秒,需要的电容量也得是法拉级别的。我见过的最大的滤波电容,也就几百微法,外形足有铁皮罐头那么大。我们的电台总不能塞一个罐头进去吧?”
大容量必须大体积。这是五十年代电子元件绕不开的物理规律。
“所以我们需要的不是普通电容。”林天佑的目光落在沈明和苏敏身上。
“我们需要一种全新的,微型超级储能电容。”
林天佑重新抽出一张白纸,在上面画出一个类似多层三明治的结构截面图。两片极薄的金属电极之间,夹着一层绝缘介质材料。
“它的原理和普通电容一样。要提高电容量,要么增加正对面积,要么减小极板间距,要么使用介电常数极高的材料。”林天佑指着图纸,“体积受限的情况下,极板面积不能动。我们只能在后两者上做文章。”
“我要你们用最薄的金属箔做电极,把它们之间的距离压缩到微米级别!同时,找到一种介电常数尽可能高的材料填充在中间!”
林天佑看着沈明:“沈明,这个任务,交给你们。有没有问题?”
沈明看着图纸上那个比电池还要精密,要求还要离谱的微型电容,只觉得一阵头皮发麻。
微米级!这种加工精度在五十年代的龙国,说出去能把外面机械厂老工程师的下巴惊掉。
但他看了一眼旁边累得眼睛布满血丝的纪尚功,又想到林天佑之前提过的模拟报告。
骨头再硬也得自己啃。
沈明挺直胸膛。
“报告院长!”沈明大声回话,“保证完成任务!”