新能源新技术新思路

本文介绍当前国内外空间电源的新技术,包括先进的光生伏打太阳电池、先进的太阳电池阵、太阳动力源、核电源;先进的蓄电池组、飞轮、电容以及先进的功率管理和分配单元。说明研究空间电源的新思路,分析我国空间电源的研究现状并提出建议。     

木星环绕探测器电源系统设计研究

木星环绕探测任务的规划,对电源系统的设计提出了新的需求和挑战。文章结合木星及木星系环绕探测器任务各个阶段的温度、光照、辐射等空间环境特点,分析了电源方案的设计需求,并调研了以美国伽利略号(Galileo)、朱诺号(Juno)和欧洲木星冰卫星探测器(JUICE)为代表的国外木星环绕探测器的电源系统设计。根据我国的能源和航天技术发展现状,比较了同位素电源和太阳电池阵2种技术路径,提出"太阳电池-蓄电池"是木星环绕探测电源系统的可行方案。最后给出了电源系统的初步设计方案和输出仿真,并通过分析建议在低温低光照太阳电池、宽域电源控制器和太阳电池辐照防护等技术方面针对任务进行适应性改进,以满足木星环绕探测的任务需求。     

空间电源性能测试仿真系统设计与实现

提出一种基于空间电源控制器的半实物动态环境测试仿真系统,主要由电源控制器、太阳电池模拟阵、蓄电池模拟器、程控电子负载和仿真计算机组成。以电源控制器为被测对象,搭建的仿真系统可实时模拟航天器在空间动态环境下太阳电池阵的输出特性,包括不同轨道、太阳光照角等状态条件下的输出,对航天器上的电源性能进行测试,通过仿真结果验证空间电源系统设计的正确性。     

FY-2C星电源分系统及其在轨性能

介绍了风云二号(FY-2)C气象卫星电源分系统的组成、技术指标和工作原理,以及太阳电池阵、Cd-Ni蓄电池组和电源控制设备等主要部件的设计和改进.遥测数据分析结果显示,C星太阳电池阵功率裕度优于设计要求,采用BSFR太阳电池对方阵工作温度影响不明显,地影轨道72 min地影蓄电池最大放电深度减小,涓流态第三极电性能信号与A,B星-致.在轨运行结果表明,C星电源分系统各部件状态良好,能满足任务要求.国内首次用于地球静止轨道空间电源工程的BSFR太阳电池方阵性能稳定,蓄电池组容量增大,简化了地影期卫星地面管理,改善卫星地影期环境工作温度;解决了A,B星进出影电源分系统自主转电时全调节母线电压的负冲.     

采用太阳电池阵和储能飞轮的电源系统设计与分析

飞轮储能装置具有比能量高、寿命长、任务期内无衰减等优点,可替代航天器中传统的化学储能装置。为论证太阳电池阵-储能飞轮电源系统的可行性,本文从航天器总体设计的角度分析了其关键设计要素,论述了其对航天器机、电、热等方面的影响,并给出提高系统可行性的合理化建议,以及针对低轨卫星的太阳电池阵-储能飞轮电源系统的设计举例。通过与传统电源系统的技术指标对比分析,表明太阳电池阵-储能飞轮电源系统具有较高的比功率,并在降低航天器质量、节约发射成本方面具有很大优势,在未来航天器的应用中具有很大的潜力。     

高分三号卫星太阳电池阵设计与验证

通过分析高分三号(GF-3)卫星合成孔径雷达(SAR)载荷多模式的成像任务规划、大型展开式桁架构型设计、高低压双母线电源设计等特点,识别出LEO轨道静电放电对高压太阳电池阵设计的影响,卫星左侧视成像和右侧视成像下大型SAR天线遮挡及卫星8年长寿命期间电缆频繁扭转对传输性能的影响,提出了一种适用于复杂遮挡情况下高低压双母线电源系统的太阳电池阵设计思路,完成了太阳电池阵设计、遮挡仿真分析、静电放电试验、电缆扭转试验和在轨数据分析,验证了太阳电池阵设计的正确性,可以为中国后续大功率SAR卫星太阳电池阵设计提供参考。     

欧洲自动转移飞行器电源系统设计及启示

介绍了"自动转移飞行器"(ATV)电源系统采用的3项关键技术:太阳翼X构型设计,太阳电池电路交叉布阵,蓄电池组充电控制模式;探讨了这些技术对平衡不同光照条件输出功率、降低遮挡对每个太阳电池阵输出功率的影响,以及确保蓄电池性能安全可靠的优势;并讨论了ATV电源设计方案对我国货运飞船和空间站电源系统设计的借鉴意义。     

发电-储能一体化柔性电源系统结构热特性仿真研究

基于柔性薄膜砷化镓(GaAs)太阳电池、全固态薄膜锂电池(TFB)和柔性管理电路组成的发电-储能结构一体化电源系统,可以用作便携式应急电源,也可与无人飞行器、便捷式电子设备、无线传感网络节点等结合,实现自身能源的闭合供给,满足相关装备对电能源全天候、长时间、模块化等多样化应用的需求。但在实际工作中,系统的电转化效率只有30%左右,大部分太阳光的能量经太阳电池吸收后会转化成热,TFB在充电过程中也会发热。电源系统中,柔性太阳电池和TFB采用键合的方式结合,由于薄膜各层材料的热膨胀系数不同,产生的热量会在电源系统内部导致热应力,造成键合材料的分离,甚至破坏整个电源系统。通过计算机模拟柔性电源系统在月球表面环境下的工作状态,建立电源系统结构模型以及热传递数学模型,仿真得到不同结构电源系统工作时的温度场和应力场分布情况,对发电-储能一体化柔性电源系统结构优化和工作状态的掌握具有指导意义。     

航天器太阳电池阵列的发展历程

电源系统是航天器的重要组成部分.航天器电源系统主要有三种类型,化学电池、核电源和太阳电池阵列,而太阳能是航天器系统广泛应用的能源.太阳电池阵列是将太阳能转换成电能的装置,它像翅膀一样在航天器的两边展开,所以又称太阳翼.太阳翼上贴有半导体材料,如掺有5价磷和3价硼元素的硅片,常用的半导体材料还有单结砷化镓和三结砷化镓.太阳电池阵列靠这些半导体材料将太阳能转换成电能.     

创新一号微小卫星电源分系统

介绍了我国第一颗微小卫星创新一号(CX-1)电源分系统的性能、组成、工作原理,以及太阳电池阵、镉镍电池组和电源控制器等的设计和相应参数。分析了设计中采用的三域控制统一母线调节、高效三结砷化镓太阳电池发电和充电V-T曲线智能化控制管理等关键技术。飞行试验结果表明,CX-1卫星电源分系统的性能优良、工作可靠,达到了设计要求。     

新一代航天电源—砷化镓太阳电池

本文叙述了新一代航天电源——砷化镕太阳电池的国内外研制进展情况,并根据砷化镓太阳电池的独特性能,指出了它的发展方向,明确了其重要的空间应用价值,最后展望了砷化镓太阳电池的应用前景。     

GEO卫星网状天线遮挡对太阳电池阵输出功率影响的分析及对策

大型网状天线已经在地球同步轨道(GEO)卫星中得到广泛应用,天线在轨展开后不可避免地会对太阳电池阵产生遮挡。文章分析了大型网状天线对太阳电池阵的遮挡,综合考虑遮挡对太阳电池电路特性、太阳电池阵有效面积和温度的影响,并进行了遮挡损失模拟试验。针对影响分析结果,提出了合理的应对策略,如太阳电池阵被遮挡后功率不足时由蓄电池组参与联合供电,可为电源系统功率设计提供参考。     

卫星太阳电池阵研制标准体系建设及与国外ECSS对标分析

近几年卫星在地面试验中以及在轨运行中出现多次太阳电池阵相关的异常问题，通过对地面试验和在轨数据的分析，确认属于频繁高发的同一类型质量问题。分析其原因主要由于新技术、工艺条件发生变化，而相关的太阳电池阵设计标准、地面试验验证手段没有适应该变化，导致出现异常。本文针对卫星太阳电池阵研制标准体系建设开展研究，对国外ECSS （欧洲空间标准化合作组织）卫星太阳电池阵研制标准进行对标分析。重点研究标准体系在太阳电池阵、结构机构、太阳电池电路以及太阳电池片的设计、生产、装配、测试、验收标准的制定和应用；对太阳电池板研制标准体系进行分析研究，为后续太阳电池阵的研制过程及试验提供参考，对确保卫星安全可靠供电，圆满完成飞行任务具有重要意义。     

预估太阳电池阵在轨最高温度的经验公式

针对距地高度为300～1000 km的太阳同步轨道,分析了一维转动展开式太阳电池阵的温度影响因素,给出了计算太阳电池阵最高温度的经验公式。此公式同样适用于低地球轨道的卫星,且计算结果可包络卫星热控状态变化带来的影响,在太阳电池阵设计阶段可为电源分系统提供太阳电池阵最高温度的初步数据。     

浅析航天用太阳电池标定技术及标准

分析国内外主要航天用太阳电池标定技术和相关标准,结合多结太阳电池技术的发展,提出我国航天用太阳电池标定标准的修订建议。     

“天问”一号任务火星车电源产品设计

正深空探测是在卫星领域、载人航天和空间站取得重大成就的基础上,向更广阔的太阳系和宇宙空间进军的探索。火星是太阳系中距离地球最近的大行星之一,与地球同属类地行星,火星探测对探索宇宙和生命的起源、研究地球的演化进程具有重要的科学意义。电源系统是航天所有设备工作的电源,它是电能产生、储存、变换、传输分配和管理的重要系统。目前应用最广泛的是太阳电池阵-蓄电池组供电系统,通过电源控制器实现功率调节。上海空间电源研究所承担了火星车太阳电池电路、火星车锂离子蓄电池组、火星车电源控制器产品的研制工作。     

卫星三端口DC-DC变换器技术综述

三端口DC-DC变换器可以同时将太阳电池阵和蓄电池组的功率统一变换到负载端。从外部端口看,电源控制器可以看作一个双输入、单输出的三端口DC-DC变换器,同时实现太阳电池阵调节、蓄电池组充放电控制,并保持负载端电压稳定。文章从三端口DC-DC变换器的拓扑结构、控制方法等方面进行调研,分析不同三端口DC-DC变换器的设计原理和特点,对其关键技术和适用性加以总结,提出电源控制器优化设计建议,可为实现卫星电源系统高功率密度、低成本设计提供参考。     

飞船电源系统太阳电池银焊点的热应力分析

太阳电池阵是航天器电源系统的重要结构部件。文章以某飞船的太阳电池板为研究对象,根据其在热真空可靠性试验中的温度条件,对太阳电池与互连片连接处的银焊点部位进行了热应力和热变形仿真计算,并与试验现象进行了对比分析,证实了交替变化的高低温会导致银焊点的虚接触,从而使太阳电池阵不能正常工作。该研究成果可为航天器太阳电池银焊点的连接设计和焊点的检验提供参考。     

用于卫星模拟飞行测试的太阳电池阵动态模拟系统设计

现阶段卫星模拟飞行测试中,太阳电池阵模拟器(SAS)伏安特性曲线数目有限,无法连续动态模拟卫星在轨运行中太阳电池阵实际电能输出情况。为此,基于模拟飞行测试环境,设计太阳电池阵动态模拟系统。该动态模拟系统由电源、控制和测控等测试系统组成。为保证动态模拟系统的高时效性和精确性,对参数实时获取传递、曲线建模计算和功率输出等各环节开展分析。利用某卫星太阳电池阵对动态模拟系统设计进行验证,结果表明系统能精确模拟太阳电池阵伏安曲线和功率输出变化。将仿真结果与实际在轨卫星数据进行比较,结果显示系统可很好地模拟时变太阳电池阵输出特性,证明了动态模拟系统设计对太阳电池阵动态输出模拟的有效性。     

三结砷化镓太阳电池锂离子蓄电池的小卫星电源分系统仿真模型研究

目前，小卫星电源分系统大多采用太阳电池阵 蓄电池组的联合供电模式。三结砷化镓太阳电池凭借高转换率、高可靠性的优势，已广泛用作小卫星在光照区运行的唯一供电单元；锂离子蓄电池的长寿命、高能量密度特性，也使其逐步替代镉镍、氢镍电池作为小卫星的储能单元。文章通过分析某小卫星的三结砷化镓太阳电池、锂离子蓄电池组的数学模型和电源控制器的逻辑模型，结合在轨运行的温度、光照及衰减情况，建立电源分系统的SIMULINK仿真模型，得到仿真曲线，并将仿真数据与星上遥测数据对比。研究结果表明，在忽略入影、出影时太阳反照使得温度骤变的情况下，该小卫星的遥测值与模型的仿真结果相符，表明该仿真模型真实有效。