载人航天器大功率智能配电单元电磁兼容性设计

大功率智能配电单元是载人航天器的核心设备,其原理复杂,电磁兼容问题突出。文章针对大功率智能配电单元的3个主要功能模块,分别采取吸收、滤波、元器件合理选择、印刷电路板设计和屏蔽设计等多种措施,有效抑制了大功率智能配电单元的电磁干扰,同时解决了多个大功率DC/DC变换器并联工作时干扰叠加的问题。经测试验证,优化改进后的大功率智能配电单元的电磁兼容性能无超标点,满足电磁兼容性设计要求。     

航天器百千瓦级分布式可重构电源系统设计

随着大功率通信卫星、高分辨率SAR卫星、大功率电推进航天器、核动力航天器、大型在轨服务站等对超大功率能源系统需求不断增强,100 kW超大功率电源系统成为未来大功率航天器电源系统的发展趋势。文章结合航天器电源系统研究基础,对100 kW电源系统的高压、大功率、分布式的任务特点进行分析,设计一种分布式可重构电源系统,提出了系统拓扑架构和相应的控制策略,并对高压大功率变换控制技术、多通道能源管理技术、高压大功率元器件技术和系统可靠性、安全性技术进行研究。对文章提出的电源系统进行软件建模和仿真,结果表明:100 kW电源系统拓扑架构和管理控制策略合理可行,系统稳定性较好,鲁棒性强,可为后续大功率航天器电源系统研究和设计提供参考。     

航天器新型固态配电技术研究

为了满足航天器电功率不断增加及对可靠性提高的需求,基于固态配电和计算机综合管理技术,设计了关键器件固态功率控制器和配电中心原理样机.各种状态的试验结果表明固态配电技术可以为电源系统提供更全面的保护功能,可以减轻配电系统的体积和重量,实现电源系统高度自主运行.配电中心为航天器的健康管理提供大量的有用信息,大大提高了航天器的可靠性,采用模块化设计技术便于不同型号航天器配电系统的扩展.     

基于软件定义的航天器分布式电源系统设计

针对电源系统架构灵活性的需求,提出了一种基于软件定义智能功率单元的可重构航天器分布式电源系统设计。给出了系统的分布式架构,采用了一种可软件定义的标准功率单元实现所有发电单元、储能单元的分布式接入。智能功率单元可以通过星载计算机软件定义工作模式,满足不同单元的接入需求。通过搭建分布式电源系统仿真模型,对不同故障情况进行了验证,结果表明:分布式电源系统的可重构控制策略,实现了电源系统高可靠运行。最后,对提出电源系统设计的优势进行了总结。     

载人航天器高压供配电安全性设计

文章通过分析载人航天器高压系统的设计难点,从系统层面自顶向下地提出了载人航天器系统高压安全控制措施并得到验证,实现了载人航天器供电、配电、用电系统的安全性设计规范化和在轨运行安全,为我国后续空间站平台奠定了电源系统技术基础。     

航天器供配电智能管理技术研究

综述国外航天器供配电管理技术由传统遥控管理发展到智能管理的4个典型阶段,介绍了航天器供配电智能管理技术在空间站、科学观测及深空探测领域航天器上的应用情况;分析了目前国内航天器采用熔断器作为故障隔离主要手段、依托遥测遥控进行供配电管理的体制,归纳了国内航天器供配电体制的优缺点,并总结出国内航天器供配电智能管理系统的3项关键技术——智能配电管理技术、故障隔离技术和能源计划动态调度管理技术,可为航天器供配电智能管理系统关键技术的研究提供借鉴。     

基于非隔离型Weinberg变换器的放电调节单元分析与应用

文章以高压、大功率的载人航天器电源控制系统放电调节单元为应用背景,分析了非隔离型Weinberg变换器的拓扑特点、工作模态及小信号模型,对采用稳压环和限流环并联控制的环路进行建模、稳定性分析及验证测试。结果表明,基于非隔离型Weinberg变换器的放电调节单元具有良好的电能转换特性,能满足载人航天器电源新型应用的要求。     

基于在轨可维修性的载人航天器配电系统设计

配电系统是载人航天器的电能传输网络,故障严酷度等级高,在故障模式分析的基础上合理设计遥测点及控制点可以实现其在轨维修,这对提高载人航天器的可靠性和寿命具有重要意义。文章以载人航天器配电系统的基本单元为例,从实现可维修的角度对配电系统基本单元拓扑结构的每个环节进行详细设计,包括故障诊断与定位、故障隔离与系统重构、维修流程与安全性设计3个方面,并对其可靠性进行分析。文章提出的维修性设计,能够从系统工程的角度对载人航天器系统设计进行优化,按设计要点提前规划平台资源使用情况,从而实现配电系统维修性与平台资源使用之间的平衡,对载人航天器配电系统可维修性设计具有一定借鉴意义。     

航天器集成健康管理系统研究

航天器故障诊断技术不仅要求提高航天器安全性和可靠性 ,而且要求削减航天器全寿命周期成本 ,现在的故障诊断系统已从原来单一的分系统 (如电源系统 )的故障诊断专家系统 ,向集系统状态监测、故障诊断和故障修复为一体的航天器集成健康管理 (IVHM)系统发展。本文介绍了航天器集成健康管理系统的基本概念 ,并对我国新型航天器整个集成健康管理系统、在轨健康管理系统、地面健康管理系统以及主要采用的技术作了详细的阐述。文中强调了基于模型推理技术 (特别是多信号建模技术 )在航天器集成健康管理系统中的重要性。文章最后指出了应采用从上至下的方案开发该集成健康管理系统。     

高压大功率S3MPR电源控制器设计与验证

针对航天器平台一级能源变换高压大功率的应用需求,采用并联式DC/DC变换器的最大功率点跟踪(MPPT)拓扑结构,设计一种顺序开关分流最大功率调节(S~3MPR)电源控制器。为了解决传统S~3MPR技术的算法电路复杂、跟踪精度低等问题,兼顾航天器应用环境的特殊性,通过采用模拟电路实现的方式设计出一种基于交错扰动方法的MPPT控制算法电路。该算法可以实现太阳电池阵电压电流输出较大范围内精确跟踪其最大功率输出。研制了5 kW功率(10路太阳电池阵)的原理样机对设计进行试验验证,结果表明:电源控制器性能良好,满足高压大功率航天器平台的应用需求。     

载人航天器初样试验总体规划

载人航天器初样研制阶段的系统级地面试验是为了充分验证系统总体设计的正确性以及技术要求和指标要求的满足情况,以此完善和修正系统总体方案。文章给出载人航天器初样的试验规划、试验方案、试验流程等,为后续载人航天器的研制提供参考。     

低功率水电弧加热发动机的初步研究

本文研究了以水为推进剂的电弧加热发动机。其中电弧加热发动机的流量为15mg/s、电流为8A,此时平均电压为80.5V、功率约为640W、平均推力为0.0975N,以此计算得到比冲为650s左右、效率为55%～60%。成功地验证了水做为电弧加热发动机的推进剂、产生推力的能力。     

航天器电源母线纹波测试系统设计

航天器电源母线纹波可以反映系统的稳定性。文章设计了一种基于PXI构架的电源母线纹波测试系统,实现对航天器电源母线安全、不间断的测试,有效地反映航天器测试过程中母线的动态特性,为型号改进设计及试验分析提供参考。该系统解决了以往型号对母线纹波测试只能依靠示波器或示波表,安全系数低、数据信息量小的问题,将在航天器电测中发挥重要作用。     

载人航天器在轨力学环境测量系统试验研究

为获取载人航天器上升段与在轨期间的力学环境,设计了在轨力学环境测量系统,并在载人航天器振动试验期间对其性能进行了测试,获取了航天器典型结构的力学环境数据并进行了频谱分析。将该系统测量数据与试验中载人航天器平台测点的测量数据进行了比对,结果验证了该系统的有效性,为载人航天器载荷条件的制修订提供了参考。     

基于多元性能加速退化的航天器DC/DC电源寿命评估方法研究

文章针对航天器DC/DC电源多性能退化的特征,利用Wiener过程结合加速模型建立产品的加速性能退化模型,采用计及相关性的Copula函数对不同性能的退化数据进行融合,提出一种基于多元性能加速退化的寿命评估方法。以某型号产品作为研究对象,对通过步进应力加速退化试验获得的多元性能退化数据进行建模评估,得到产品的失效激活能与使用寿命的评估结果。该方法可缩短产品寿命评估试验的时间,合理评价不同性能退化过程之间的相关性,充分利用有限的试验数据,为具有多性能退化特征的航天小子样产品寿命评估工作提供了一种解决思路。     

利用载人航天器进行热控涂层舱外搭载试验研究

为了解空间环境对热控涂层性能的影响,文章设计了舱外热控涂层搭载试验方案,包括试验件配置、在轨试验和回收方法。试验件在轨试验期间安放在载人航天器密封舱前舱门外,暴露于空间环境中;在实现对接、建立组合体后,航天员不需太空行走即可实施对搭载试验件的回收及再次安装等操作。该方案若成功应用并回收试验件至地面,我国将首次获得热控涂层空间飞行试验数据。