一种大功率SAR卫星电源系统设计

SAR卫星电源系统具有大功率脉冲供电、响应速度快的特点。文章分析和总结了国外SAR卫星供电拓扑结构,提出了一种具有并网供电功能的双母线SAR卫星供电拓扑结构。通过在平台母线和SAR载荷母线之间的并网控制器,实现故障时SAR载荷母线对平台负载并网供电,提高了供电可靠性。文章还给出了并网控制器在轨使用策略,地面和在轨测试验证了电源系统设计的正确性,可为我国后续大功率SAR卫星电源系统设计提供参考。     

SAR卫星电源系统设计与仿真研究

根据SAR卫星有效载荷的脉冲、大功率工作等典型特点及对电源母线稳定度的较高要求,设计了单母线、不调节电源系统方案,建立了电源系统的仿真模型。针对不同负载情况,分别对SAR卫星处于光照区和地影区时,其脉冲大功率电源系统在恒功率负载、负载突减和负载突加的情况进行了仿真分析。仿真结果表明此电源系统稳定,能够满足SAR卫星有效载荷的供电要求。     

国外SAR卫星电源系统分析与启示

介绍了国外合成孔径雷达(SAR)卫星电源系统的特点,从SAR卫星成像模式多、峰值功率大、较大的载荷平台功率比以及脉冲功率工作等方面分析了其对电源系统设计的需求;介绍了欧洲和加拿大研制的Cosmo-Skymed卫星、TerraSAR-X卫星、Radarsat-2卫星、Sentinel-1卫星、EarthCARE卫星等的电源系统设计概况,对其电源系统拓扑、母线体制、太阳电池阵功率调节方式、锂离子蓄电池组配置等技术方案的特点进行了归纳总结,在此基础上提出了我国SAR卫星电源系统技术发展的建议。     

SAR卫星配电系统设计与验证

根据合成孔径雷达(SAR)卫星高压大功率有效载荷用电、双独立母线供电等典型特点及长寿命可靠性要求,设计了混合式能源分配、熔断器与限流保护分类应用的配电方案,以高分三号(GF-3)卫星为例,建立了卫星配电系统的仿真模型,对卫星能源分配、熔断器和限流保护对母线影响进行了仿真分析和地面试验验证,结果表明:卫星能源分配合理,供电保护有效,能够满足SAR载荷卫星的配电保护需求和整星能源安全保护需求,可以为我国后续SAR卫星的配电系统设计提供参考。     

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。     

SAR卫星用能量功率兼顾型锂离子电池研究

未来大功率合成孔径雷达(SAR)卫星的发展对储能电池组提出了轻量化、倍率高及在轨寿命长等要求,而现有的SAR卫星用功率型锂离子电池产品已无法满足未来需求。通过优化正极材料和电池设计,加入功能电解液,在保证电池功率特性的同时,显著提升了电池的能量密度和循环稳定性。本文研制出的新一代能量功率兼顾型锂离子蓄电池,额定容量为25.0 Ah,初期放电比能量达到180.0 Wh·kg~(-1),2 C放电容量为0.2 C容量的91.0%,1 C-100%放电深度(DOD)和2 C-30%DOD循环性能优异,可以满足下一代大功率SAR卫星的供配电需求,且大幅降低了电源系统重量,提高了卫星储能系统的利用率和平台有效载荷能力。     

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。     

航天器电源系统的动态特性研究

对采用锂离子电池作为供电部件的航天器电源系统进行动态特性研究,以关键的内阻参数为变量建立传递函数,描述用电部件上电时引起的瞬时电流与电压动态变化的关系,对单个用电部件提出阻抗匹配的规则,对多个用电部件的复杂电源系统建立离散仿真模型。以使用无电压调节母线的航天器作为案例研究,仿真结果显示,文章提出的研究方法能够有效反映多个部件上电过程中母线电压的动态特性,可为电源系统的设计提供参考。     

一种SAR卫星电源变换器快速响应控制策略

合成孔径雷达(SAR)卫星的电源工作在脉冲模式,输出负载变化快且负载电流很大。为满足电源电压瞬态响应等关键供电指标的要求,保证输出电压保持在指标范围内,提出一种SAR卫星电源Buck变换器快速响应控制策略。该控制策略综合线性控制和非线性控制的优势,在瞬态过程中,非线性控制基于输出电压阈值检测接管母线电压控制,一旦输出电压恢复到允许的范围内,线性控制器继续进行电压调节控制,能在不增加输出滤波器的条件下提升系统的动态响应。通过仿真和试验与传统的比例积分(PI)控制策略进行对比,结果表明:文章提出的控制策略能在不增加输出电容的情况下,减小电压动态跌落并提高响应速度,提升SAR卫星电源变换器的动态性能。     

一种用于卫星载荷集总供电的大功率电源

为了适应移动通信卫星发展过程中采用的多波束形成技术的需求，节约体积和质量，具备集总供电功能的电源组件应运而生。其中的大功率电源是电源组件的核心部件，其主要功能为将星上的一次母线电压转换成低噪放等100余路负载所需要的各路稳定电压，使各路负载与一次母线实现隔离；响应开关机遥控指令提供开关机控制，提供电源开关机状态遥测数据；对整机提供过流保护、欠压保护、无负压关机等各种保护功能，使加电和断电时序满足负载的特殊时序要求；同时在一次母线端及输出电压端提供良好的滤波，以达到较好的电磁兼容特性。文章结合系统指标进行了需求分析，给出了一种适用于集总供电需求的低电压大电流大功率星载电源的设计方案；通过对主要设计指标和产品性能的描述，给出了部分仿真结果和实验测试结果，验证了该大功率电源性能的优越性和可靠性。