四结砷化镓太阳电池电路可靠性设计及验证技术研究

四结砷化镓太阳电池在半刚性太阳翼上应用,需要满足长寿命高可靠要求,文章针对新型太阳电池片在轨应用的空间环境适应性考核验证问题,开展了四结砷化镓太阳电池小板试验验证,对试验方案及数据结果进行了分析说明.通过对热、静电放电、辐照的分析及试验,结果表明:四结砷化镓太阳电池可以满足半刚性太阳翼长寿命高可靠应用的要求,相关试验验证情况将为后续四结砷化镓太阳电池在卫星半刚性太阳翼大范围的工程应用提供参考.     

国外一种太阳电池片聚光器的设计

在太阳翼结构上增加聚光器,通过提高太阳电池片的入射光强提高光电池片的效率是一种行之有效的方法。美国AEC公司为三结砷化镓太阳电池片设计了一种独特的聚光器,该设计可以简单装配在现存的太阳翼结构上,并较大地提高了太阳电池片的输出功率。该项设计在2002年已进入到实际应用阶段。本文对其基本构成作一介绍,希望引起国内相应行业的重视并最终能在国内的航天器上得到应用。     

一种深空探测器高比能智能电源系统设计

提出一种深空探测器电源系统设计方案,采用高转换效率三结砷化镓太阳电池、半刚性基板轻量化技术及高比能锂离子蓄电池组;提出并采用一种基于顺序开关分流(S3R)结构的扰动交错法最大功率点跟踪(MPPT)技术,提高了太阳能源利用率;提出并采用一种适应空间电源的机内测试技术(BIT),以提升电源自主管理能力。32%效率三结砷化镓太阳电池及其半刚性基板,已经通过鉴定试验验证。能量密度195W·h/kg的钴酸锂离子蓄电池组及MPPT和BIT技术,已经应用到国内航天器正样产品;经过验证,MPPT追踪速度为毫秒级,追踪精度可达98%。文章提出的设计可为深空探测器电源系统轻量化和电源能量自主管理需求提供解决途径。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

航天器的新一代太阳能电源——可自旋展开薄膜电池阵

目前世界上绝大多数航天器都是采用太阳能电源。太阳能电源从结构上分为体装式和帆板式两类：体装式是将太阳能电池安装在卫星的外表面,仅适用于自旋稳定而且功率小的卫星：帆板式是将太阳能电池安装在可折叠的硬板上．在太空将其展开。一般来说。电源系统约占航天器重量的1／4到1／3。随着航天器功能的增强．所需电力还在不断增长。因此．降低太阳能电源系统的重量并提高其发电功率．具有举足轻重的意义。     

美国最新高可靠性空间电源标准介绍

简述美国最新空间电源标准的编制目的、背景及概况,重点分析和介绍太阳电池片、太阳电池板鉴定、锂离子蓄电池以及无人航天器电源系统标准的核心内容,提出借鉴先进技术内容的建议。     

立方星电源系统最大功率点跟踪优化控制方法

针对立方星在能量来源严重受限条件下如何提高太阳能利用率的难题，提出一种适用于立方星的集中供电式空间微电源架构(EPS)，并设计基于改进粒子群优化算法的最大功率点跟踪(MPPT)控制策略来提升能量转换效率。首先，推导太阳电池阵列的数学模型，并根据太阳电池阵列的工作特性，提出电源系统最大功率点跟踪控制的物理系统实现结构。其次，设计基于改进粒子群优化(PSO)的最大功率点跟踪控制算法，并进行了数学仿真校验。最后，对所设计的电源系统架构进行了硬件实现和试验验证。地面试验结果表明，电源系统的太阳能最大转换效率可达95.5%。该电源系统成功应用于世界首颗12U立方星“翱翔之星”的飞行试验，在轨数据表明电源系统工作状态良好，为微纳卫星电源系统的设计提供了有益参考。     

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。     

固定太阳翼展开后外弯基频的工程计算

太阳翼是航天器电源分系统的重要组成部分。以刚性基板的固定太阳翼为研究对 象,针对航天器总体方案设计阶段的特点,基于“动-势能驻值原理”,将固定太阳翼等效 简化为附集中质量的悬臂梁,并由此推导出固定太阳翼外弯模态基频的近似解析解,提出了 展开后固定太阳翼外弯模态基频的工程近似方法,为今后航天器总体设计人员提供了简单、 可靠的分析方法。
     

聚光式空间太阳能电源系统

介绍了聚光式太阳能电源系统的分类、原理及国外的研究与应用进展,分析了反射式与折射式空间太阳能聚光系统的优点与不足,指出了高精度太阳指向控制、耐环境薄膜材料、薄膜太阳电池、高密度热流热控等技术难点及需要解决的关键技术,对我国开展空间太阳能聚光系统技术研究提出了建议。     

高效四结砷化镓太阳电池设计与在轨性能分析

对一种新型反向生长工艺四结砷化镓太阳电池(IMM四结电池)开展了设计和在轨性能试验分析。该电池所用半导体材料的禁带宽度分别为1.9、1.4、1.0、0.7 eV,材料特性的变化改善了4个P-N结与AM0太阳光谱的匹配关系。文章介绍了该电池在提高光电转换效率方面的结构和工艺设计,通过实施在轨真实应用环境试验,全面系统获取四结砷化镓太阳电池在轨运行期间的遥测数据并进行分析处理,结果显示电池开路电压3.321 V,短路电流密度15.76 mA/cm2,实际在轨转换效率在34.44%～34.79%之间,各项关键性能指标相较于三结砷化镓太阳电池有大幅度提高。     

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。     

折纸技术，让太空盛开“太阳花”——NASA研制可折叠的太阳能板

太阳能板是太阳能发电系统中的杨心部分,也是太阳能发电系统中最重要的部分。在太空中,太阳能板源源不断的吸收能量,供给卫星、航天器的运行,未来还可能采集太阳能量,之后传输至地面。然而单体太阳电池必须以组件方式提供电源,这就使得太阳能板向太空的运输形成了新问题,不过,最近科学家将古老的折纸技术应用于太阳能板上,赋予了运送太阳能板进入太空的新方式。     

天宫二号空间实验室半刚性太阳电池翼延寿技术研究

因半刚性太阳电池翼地面贮存设计寿命为3~5年,针对天宫二号空间实验室推迟发射后面临的半刚性太阳电池翼延寿问题,对其延寿技术进行了研究。分析了太阳电池翼地面贮存中环境、电池电路、基板结构、碳纤维材料、玻璃纤维浸渍有机硅树脂材料,以及胶粘剂与其它材料等主要因素的影响。采取了太阳翼在高纯度氮气包装箱中贮存、包装箱置于温湿度控制的环境中、缩短太阳翼在包装箱外装配与测试时间,以及对电池模块进行100%裂片检查等措施。策划了组件级和整机级的延寿可靠性增长试验项目,并进行了可靠性增长试验验证。分析结果表明:在经历了6年多的地面存储后,太阳电池翼各项检查和测试结果均合格,可满足发射任务的要求,措施有效。研究为后续其它航天器半刚性太阳翼产品经历长期贮存的延寿提供了技术支撑。     

新型空间环境效应探测器技术及其应用研究

太阳电池在空间环境因素影响下,其开路电压和短路电流有不同程度的变化。文章根据这一特点,提出了一种新型的空间环境效应探测器技术,利用镓铟磷和三结砷化镓太阳电池来探测空间污染、原子氧和辐射环境,探测结果直接反应空间环境对太阳电池的效应,具有体积小、重量轻、低功耗等特点,特别适合航天器搭载飞行。     

一种新的航天器电源系统拓扑

介绍了一种新的航天器电源系统拓扑结构,通过采用最大功率跟踪控制器控制顺序开关系统调节（S3R）分流调节器,并使用升压变换器获得稳定的100V一次输出母线,使得太阳电池阵功率被充分使用。这种拓扑结构已被用于欧洲贝皮·哥伦布水星探测器,并可为我国航天器电源技术发展提供借鉴。