航天用太阳电池地面标定测试装置研究

传统的标准太阳电池标定方法分为高空标定与地面标定,地面标定方法已纳入国际标准。地面标定由于操作简便、标定结果较为精准目前被广泛应用。太阳电池标定结果准确与否对航天器电源系统姿态敏感期、地面环境模拟的设计具有重要意义。本文对太阳电池地面标定方法展开研究,根据国家标准中地面标定方法原理研制了便携式、高准确度的地面标定测试设备,包括准直孔、太阳电池托盘、太阳跟踪器等标定装置,使地面标定过程简易化,对航天用太阳电池地面标定有着重要意义。     

空间站太阳电池标定技术

为了提高空间太阳电池标定效率并准确得到空间环境中太阳电池在轨数据，研制了太阳电池空间站标定装置，开展首飞试验。其中，标定装置包含能够长期驻留空间站的太阳电池标定采集器和航天员可携带的返回式样品装置正样单机。攻克了空间站可往返太阳电池样品重复使用技术、多路太阳电池IV特性测量技术、非标准条件修正算法等关键技术。通过试验验证了新型定制化空间太阳电池在真实太空环境下的光电性能和可靠性，建立航天应用的产品性能衰减模型。本研究有望建立溯源至空间AM0的标准太阳电池溯源体系，开展量值传递。     

先进的大面积太阳电池阵电性能测试系统

介绍一种先进的大面积太阳电池阵电性能测试系统 ,它可用于卫星的太阳电池帆板电性能的测试 ,也可用于地面或其他领域中使用的太阳电池阵或单个太阳电池的测试。其主要特点在于 :脉冲光源使光强达一个太阳常数 ,在直径 5m的测试面上 ,光照不均匀性± 3% ,计算机控制 ,测试过程完全自动化 ,多脉冲测试功能可解决太阳电池响应慢的问题。介绍了该系统在国内外的使用及发展情况及在我国空间太阳电池阵的测试中的应用。     

基于三结太阳电池的透射率测量系统

在空间环境中太阳电池的涂层会发生退化,从而影响航天器的飞行寿命,因此研究能够测量涂层光学透射率变化的系统具有重要意义.使用三结太阳电池作为探测器接收光能量;设计光电流检测电路,对太阳电池输出电流进行电流-电压变换,放大,滤波和模数转换,最终输入上位机处理;运用双通道比对测量技术,比较有玻璃和无玻璃的三结太阳电池光电流测量值,计算出玻璃样片在三结太阳电池响应谱段内的整体透射率;使用热电阻传感器检测太阳电池工作温度以消除温度变化带来的误差.通过实验测得系统的测试相对误差约为0.1%,测量不确定度小于0.15%.     

基于SiP技术的单片集成数字式太阳敏感器

设计了一种新型的数字式太阳敏感器。采用SiP（Stystem in Package）设计,将滤光片直接安装于探测器上。此设计减小了数字式太阳敏感器的体积与质量,可提高其可靠性。所设计的数字式太阳敏感器可用于深空探测卫星系统的太阳捕获和太阳定向,同时,也可作为星上其他光电敏感器的监护仪器,防止其他光学敏感器被强光损坏。最后,完成了原理样机的研制与标定,并在外场进行了太阳光斑的拍图测试。实验表明所提出方法可行,可满足火星探测、深空探测的使用需求。     

空间用硅太阳电池带通滤波器的研究

为改善硅太阳电池在轨工作期间的性能,通过对空间用太阳电池带通滤波器结构设计和制备工艺的研究,研制出一种空间用硅太阳电池的带通滤波器并对其性能进行了测试,结果表明,采用该带通滤波器可使硅太阳电池在轨工作温度降低6°C～12°C,输出功率增加1.8%～4.1%.带通滤波器的研制对于促进高效硅太阳电池的空间应用具有积极意义.     

便携式太阳电池特性参数获取系统

为了快速以及准确地获取太阳电池的特性参数（包括光生电流、反向饱和电流、二极管理想因子、串联电阻、并联电阻、短路电流、开路电压、最大输出功率、最佳工作电压、最佳工作电流和填充因子等11个参数）,研制了一套由太阳模拟器模块、控制及处理模块、电子负载模块、信号采集模块、按键模块和显示模块6个部分构成的测试系统.该系统的主要特点在于,依次采用程控恒流型和恒压型电子负载以及变频采样技术,实现太阳电池电流与电压信号高精度测量;集成太阳电池参数解析提取算法进入数字信号处理芯片,实现便携式提取电池光生电流等参数.对不同光强下单晶硅太阳电池的测量以及数据拟合,获取了11个特性参数;并得到拟合曲线中电流最大均方误差小于0.006 A,证实参数获取是正确的.      

波音公司提高了空间太阳电池效率

波音公司的高技术中心在太阳电池效率方面取得了重要进展,其双结空间聚光电池光电转换效率已超过31％。这种电池由砷化镓顶层和吸收红外光的锑化镓底层制成。在技术上,效率递增的速度一般只有1～2％,但是波音公司却在Varian联合公司的24.1％空间电池效率基础上提高了7％。这一电池效率已由NASA路易斯研究中心在模拟空间条件(AM0)下进行了验证。波音公司的新型太阳电池在地面应用时也能正常工作,效率达37％。据波音公司太阳电池规划部经理刘易斯·弗雷斯讲,取得这一成绩的关键是如何选择机械压接式叠层太阳电池第二层所用的半导体材料。波音公司太阳电池的顶层为标准砷化镓(GaAs)太阳电池。通过各种方法检测后,波音公司的研究     

一种航天器太阳电池阵供电能力计算方法

太阳电池阵为航天器提供能源,在型号研制和在轨运营过程中需对其供电能力进行计算,为此提出了一种航天器太阳电池阵供电能力的计算方法。首先,利用太阳电池片的地面测试数据得到标准测试条件(STC)下的电池片伏安模型,并利用电池片在轨等效光强和温度修正电池片伏安模型的光生电流、串联电阻和并联电阻等参数,得到电池片在轨伏安模型,然后,根据基尔霍夫定律推导出电池阵中电池片工作电压、电流以及旁路二极管和隔离二极管的输出情况,从而得到太阳电池阵的伏安模型。仿真结果表明,本文方法可以精确计算航天器在任意光强、温度和遮挡下的太阳电池阵伏安模型,可以精确分析旁路二极管和隔离二极管对太阳电池阵供电能力的影响,较已有方法计算精度提高20%。     

空间背景光星模拟器系统设计

为实现星敏感器光信号的高精度标定需求,提出了一种具有空间背景光的星敏感器地面标定系统,解决了空间背景光对星敏感器光信号定标精度的影响,提高了星敏感器的标定精度.对空间背景光对星敏感器标定精度的影响进行分析,给出了具有空间背景光的星模拟器实现方案,设计了能同时模拟空间背景光和星点位置信息的星模拟器光学系统.结果表明,该系统全视场相对畸变小于0.01%,MTF在80lp·mm-1处大于0.5,达到了高精度指标要求.设计了一套空间背景光系统,通过对电流和可变光阑的控制,实现了亮度26倍变化.提出了一种基于像差补偿的星点位置修正方法,并给出了修正模型.利用徕卡T6100经纬仪和照度计,分别对星模拟器所在的星点位置误差和空间背景光亮度进行测试.结果表明,空间背景光亮度可实现26倍调整,在最高能量和最低能量下星模拟器星点位置误差精度<10",满足星敏感器地面标定要求.      

A new modeling method of solar energetic proton events for ISO specification

Solar energetic protons degrade performance and reliability of spacecraft systems due to single-event effects, total dose effects and displacement damage in electronics components including solar cells. On designing a solar cell panel, a total fluence of solar energetic protons (SEPs) which cause solar cell damage is needed to estimate power loss of the solar cells over mission life. Nowadays a solar panel area of spacecraft is increasing as spacecraft mission life becomes longer (15–18 years). Thus an accurate SEP model is strongly required for the cost-minimum design from the aerospace industry. The SEP model, JPL-91 proposed by Feynman et al., is currently used widely for solar cell designing. However, it is known that the JPL-91 model predicts higher fluences of protons than values actually experienced in space, especially after 7 years on orbit. In addition, the model is based on several assumptions, and also needs Monte-Carlo simulations for calculating fluences. In this study, we propose a new method for modeling SEPs especially focused on solar cell degradation. The newly-proposed method is empirical, which constructs a model based directly upon proton flux measurement data taken by instruments onboard spacecraft. This method has neither assumptions nor dependence on SEP event selection, both of which are needed in JPL-91. The model fluences derived from this method show lower fluences in longer missions compared to JPL-91. This method has been proposed to ISO (International Organization for Standardization) and has been discussed for a new standard SEP model.     

星载多光谱遥感器太阳定标技术的进展

星载多光谱遥感器的太阳定标器一般选择太阳作为基准光源 ,通过它将太阳辐射引入星载遥感器并调节到星载遥感器的动态范围内 ,对星载遥感器进行绝对辐射定标 ,也可对星载遥感器性能变化进行监测和校正。文章介绍一些最具代表性的星载多光谱遥感器的太阳定标器 ,并进行了分析 ,以反映太阳定标技术的现状与发展。目前采用太阳漫射器的星上定标方法可以实现全视场、全孔径、端点到端点的定标。这一方法的严重缺点是漫射器反射比随时间变化。为了解决这一问题 ,设计一种比辐射计或反射比标定装置来监测漫射器的辐亮度、反射比以及太阳常数。因此这种定标方法是很有前途的 ,在现代一些先进的星载多光谱遥感器上获得应用。通过对此方法的分析 ,提出了在太阳漫射器研制中的一些关键技术。     

神舟七号微小卫星伴随飞行技术试验

神舟七号 (SZ-7) 载人航天任务中释放的一颗微小伴随卫星 (BX-1), 首次开展了卫星在轨释放、对飞船观测和对轨道舱接近及绕飞等技术试验. 该卫星首次进行了GaInP2/GaAs/Ge 中国产太阳电池阵、锂离子蓄电池、微型液氨推进模块、小型化姿态跟踪控制模块、双焦距一体化可见光相机及小型化USB 测控应答机等技术验证. 本文介绍了SZ-7 微小卫星的设计方案, 讨论了形成稳定伴随飞行的轨道设计等技术, 并根据卫星在轨运行情况对试验任务进行了评价.      

Solar radiometry: Spectral irradiance measurements

The present measurement accuracy of the solar spectral irradiance is insufficient to derive the real long-term solar spectral irradiance variability at all wavelengths. Possible error sources are discussed. A series of new second generation solar irradiance photometers are now under construction which should considerably improve these measurements. At the same time, efforts are made to improve the absolute UV calibration methods to derive a unified UV radiation scale.     

用于热控涂层性能原位测试的辐射计设计

针对空间环境中热控涂层性能退化的问题,提出一种模拟空间环境中利用测热法实现热控涂层太阳吸收率原位测试的辐射计设计方案.结合模拟空间环境的测试要求,进行辐射计的原理设计与理论研究;对辐射计进行结构热分析,建立辐射计测试过程中各项换热的计算式,从而得到辐射计的瞬态计算模型.恒温测试环境下利用辐射计对SR107热控涂层进行了测试.实验结果表明:辐射计测试的SR107热控涂层太阳吸收率值与该涂层的标定值之间的相对误差在2%以内,测试的不确定度为6.3%,实验结果验证了该测试方法的有效性.      

基于可观测度分析和模型预测的空间自标定方法

光纤陀螺以其优点适合空间飞行器定姿要求,但长期在轨飞行必须对光纤陀螺进行自标定。通常采用高维复杂陀螺模型计算实时性误差,而采用舍去状态量的降维模型影响系统定姿精度。针对这一问题,通过星敏感器观测,对高维陀螺模型进行可观测度分析,提出了一种基于模型预测的降维模型,将可观测度较低的状态作为模型误差进行预测估计,保证了系统精度并大大减小了计算量。半物理仿真结果表明此算法精度略高于高维模型自标定方法,计算量仅为高维模型的1/10,显著提高了系统的实时性。