太阳电池空间标定技术初探

随着各种新型空间太阳电池的发展和应用,在地面使用太阳模拟器对AMO标准太阳电池进行标定的方法在理论和实践上都遇到了严重的困难,最能反映其实际使用状态的空间标定成为解决问题的理想方案。国外太阳电池空间标定技术已十分成熟,主要航天国家如美国、欧洲、日本、巴西等都进行了各自的空间标定实验。北京东方计量测试研究所进行了太阳电池空间标定原理样机的研制工作。样机由太阳电池板、数据采集与处理模块、太阳敏感器和温度传感器组成,可同时对32路国产砷化镓多结太阳电池进行短路电流的测量,电流测试的标准不确定度小于0.5%(最佳点)。此项研究将形成标准太阳电池空间标定的完整方案,促进我国新型空间太阳电池的研究和应用。     

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.      

均匀性的瞬态测量

对均匀性的数学描述进行了分析研究,提出了均匀性瞬态测量的概念,总结了三种不均匀度的测量方法,并给出了每种方法的不确定度传递公式.以闪光光强分布的均匀性测量为例,介绍了太阳电池电性能测量光照均匀性瞬态测量系统及其修正方法.     

低轨道航天器高电压太阳电池阵电流泄漏效应分析计算

在一种简化的太阳电池阵结构模型基础上, 利用太阳电池阵电流收集经验模式,基于电流平衡, 建立了一种计算低轨道航天器高电压太阳电池阵在等离子体环境中电流泄漏的方法. 利用该方法, 对高电压太阳电池阵电流泄漏效应与低轨道等离子体环境、电池阵电压、电池阵裸露金属面积的关系进行了分析计算.结果表明, 随着轨道高度增加, 电流泄漏引起的电池阵功率损失迅速下降, 影响最严重的区域为电离层等离子体密度最高的300～400 km高度的轨道区域; 电流泄漏引起的功率损失与太阳电池阵电压呈指数关系, 电压越高功率损失越大; 200 V以下的电池阵功率损耗较小, 远低于电源系统总功率的1%;电流泄漏与太阳电池阵裸露金属导体的表面积呈正比关系, 因此, 通过减少太阳电池阵裸露面积, 可以降低电流泄漏的影响.      

火星尘埃对太阳电池阵的影响与电帘除尘研究

火星表面大量尘埃在太阳电池阵表面的累积将会导致其输出功率下降,甚至使太阳电池阵功能失效。近年来,电帘除尘方法被认为是在火星着陆任务中进行尘埃防护最有效的手段之一。本文开展了火星尘埃累积对三结砷化镓太阳电池性能影响的实验研究,得到了火星尘埃累积量与太阳电池电压、电流和相对输出功率数值模型;通过除尘技术分析,确定电帘除尘装置构型;依据制备得到的除尘电帘,对不同火星尘埃累积下电帘的除尘效率进行了研究,为火星着陆太阳电池阵遥测数据分析和开发自适应除尘太阳电池阵提供有力的技术支持。     

实验室模拟真空紫外辐照设备

人造卫星温控涂层研制中必须建立真空紫外辐照模拟设备.我组实验室制造的设备用旋片式机械真空泵、油扩散泵和在真空室前再加液空冷阱造成系统10~(-6)乇真空,选用GGZ-300高压汞灯作光源,光源和试件都放在真空室中.该设备具有简便实用的优点.另外还可以用于其它一些宇航材料的模拟真空紫外辐照试验,如人造卫星上的太阳电池和结构材料等.测量温控涂层在真空紫外辐照前后的太阳吸收率和热辐射率,根据它们的变化确定材料受辐射的影响.文中列出经真空紫外辐照不同阶段的五种不同温控涂层性能变化数据.     

高阻计检定方法

本文叙述了高阻计的检定方法。高阻计的检定由三部分组成:电压及其倍率的测量、电阻及其倍率的测量和电流的测量。电阻检测范围为10~6～10~(13)Ω,电流检测范围为10~(-5)～10~(-13)A。检定的不确定度为0.1％～3％。     

一种精密超高阻测量系统

为了对高阻和超高阻进行测量,采用全等电位屏蔽电桥线路、比例校准技术,并配以高灵敏指零仪和精密高压电流,研制出了 JRH 型精密超高阻测量系统。该系统是一个高精度、自校准、在0～5000V 下能测量高阻、超高阻、电阻比、电阻变化和电阻电压系数的电桥系统.其测量范围为10~3……10~(15)Ω,测量准确度最高为5×10~(-5)。文中还叙述了电桥系统的工作原理、结构与线路设计、误差分析和测试结果.     

锂离子电池极片涂层厚度在线测量系统

锂离子电池极片涂层厚度的实时高精度测量是实现对锂电涂层厚度控制的前提。针对在生产过程中的锂离子电池极片涂层厚度动态、非接触、高精度的测量要求,设计了一种基于非接触式电容传感器进行微位移测量的在线式测量系统。介绍了传感器结构及测量电路基本原理,搭建了适用于锂离子电池极片涂层厚度测量的硬件系统,开发了可用于数据采集、线性校正、数据记录的基于虚拟仪器技术的测试系统。经测试,该传感器的分辨力为0.1μm,现场长期运行证明该系统满足生产的测量要求。     

基于原子磁场探测的弱电流计量校准技术发展现状

随着原子磁力计灵敏度的迅速提高，原子系综磁场测量的应用范围逐渐扩大。近年来，已经有若干研究将原子磁力计用于微弱电流测量，研究结果揭示了这种测量方法在增强电流稳定性方面的潜力。借助原子磁力计的高灵敏度特性，通过电流产生的磁场监测电流的微弱变化，使用磁场测量结果进行反馈来稳定电流。主要阐述了原子磁场探测的基本原理以及其在电流计量领域的应用现状，并分析了使用原子磁力计进行电流测量的关键影响因素，展望了该技术的发展态势。     

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.      

镜筒热形变对星敏感器测量精度的影响

 空间环境温度以及阳光热效应对星敏感器测量精度有一定影响。研究镜筒热形变对星敏感器测量精度的影响,计算温度均匀分布和非均匀分布条件下,圆柱形镜筒和圆锥形镜筒热形变导致的透镜倾斜量和平移量,研究典型星敏感器光学系统中恒星像斑位置和能量分布的变化情况。在镜筒温度均匀分布条件下,温度变化20℃时,圆柱形镜筒和圆锥形镜筒的星敏感器测量误差分别为0.6″和0.9″;在镜筒温度非均匀分布条件下,镜筒上侧与下侧的温差为30℃时,圆柱形镜筒和圆锥形镜筒测量误差约为2.2″和3.3″。计算结果表明,圆柱形镜筒热稳定性优于圆锥形镜筒。     

Influence of optical parameters on a solar sail motion

Detailed dynamic modeling of a solar sail requires recording of solar radiation pressure influence. A photon-solar sail is determined by the thrust value and the direction. We define the solar sail’s reflectivity depending on the film materials, the sail design and temperature, the thickness of multiple layers, and degradation factor, with a reasonable degree of accuracy. Thus, this work is devoted to the identification of optical characteristics of thin multilayer films in space flight conditions, i.e. to finding its reflectance, absorbance, and transmittance. In particular, the paper asks whether the solar sail simulates by a mathematical model of the optical characteristics of a multilayer epitaxial thin film. The temperature change effect and optical properties of solar sail degradation are considered as well. Solar sail flight from Earth to Mercury is designed as a simulation of the flight change in optical parameters.     

太阳帆板平面度测量系统

介绍了一种采用斜光学三角形测量结构和基于虚拟精密测量基准的太阳帆板平面度无接触测量系统.首次提出斜光学三角形测量结构,使得测量系统的测量面积和分辨率大大提高,从而实现了对大面积平面平面度的高精度无接触测量.提出的虚拟精密基准的建模与误差补偿技术,解决了在非精密基准上实现精密测量这一难题,使得所研制的测量系统利用现有平台可实现对太阳帆板平面度的高精度测量.此外,对测量光斑位置估值精度与光斑图像尺寸大小和能量分布之间的定量关系进行了分析,为激光光斑的优化设计提供了理论依据.实际测量结果表明,该测量系统对面积为2581mm×1755mm太阳帆板的平面度测量精度达0.02mm(RMS).     

微重力燃烧实验火焰结构显示和全场温度测量的原理样机

用于空间燃烧实验的设备要求轻重量、小尺寸和多功能. 将纹影法、彩虹纹影偏折法与差分干涉法相结合, 研制了可用于火焰结构显示和全场温度测量的原理样机. 该原理样机具有重量轻、尺寸小、模块化和多功能等特点. 通过微重力落塔实验, 检验了利用纹影法测量火焰结构的功能, 同时在常重力条件下检验了利用彩虹纹影偏折法和差分干涉法测量火焰全场温度的功能. 结果表明, 火焰结构分辨率不低于1mm, 火焰温度测量结果精确, 相对误差小于2%. 该原理样机将提升空间燃烧的观察方法, 有助于未来空间燃烧实验的开展.      

发动机推力线快速测量方法研究

以某型号发动机喷管为测量对象,提出了一种使用激光雷达等高精度非接触测量仪器测量发动机推力线的快速测量方法。经误差仿真分析,该方法具有较高的测量精度,并具有测量速度快、成本低等特点,在航天工程测量体系中具有非常广阔的发展空间。     

深空测角测速组合导航系统时间配准方法研究

深空测角测速组合导航系统通过测角信息与测速信息融合,获取探测器位置、速度等参数,具有连续、自主、实时、高精度的优点。在深空测角测速组合导航系统多源信息融合过程中,要求各敏感器数据必须是统一时间基准。基于天文测角测速组合导航系统基本原理,阐述了在实际系统中,测角敏感器、测速敏感器由于时间基准误差、采样周期不一致、数据传输时延等都会造成时间不同步,而时间误差对位置和速度测量信息会带来很大的影响。本文分析时间误差在深空测角测速组合导航系统位置估计和速度估计中的作用机理,研究基于内插外推方法的时间配准方法,实现了测角敏感器与测速敏感器量测信息的同步。数学仿真结果表明,内插外推时间配准算法可有效抑制时间误差,提高深空测角测速组合导航系统导航精度。     

基于视惯融合的大型空间碎片质心位置辨识

大型自由翻滚碎片的质心是在轨操作基坐标系下的不动点，也是碎片连体基下动力学参数向卫星坐标系转换的基准，对其精确识别是提高碎片动力学参数辨识精度的关键。提出基于惯性单元测量数据与双目视觉定位数据融合的大型空间碎片质心位置识别方法。基于无力矩欧拉方程，获取附着到空间碎片表面的惯性单元间转换关系，利用该转换关系对惯性单元冗余测量数据优化，再优化求解惯性单元到质心点距离；利用双目视觉获取惯性单元上标记点动态坐标，再利用惯性单元到质心点距离，基于三点定位原理识别大型空间碎片的质心位置。以加入高斯白噪声的惯性单元与双目视觉测量数据进行仿真，结果表明优化解算后惯性单元实时测量数据的误差降低到1%以下，解算的质心位置三轴误差小于0.47mm；开展了地面试验，结果表明，解算的质心位置三轴误差小于0.49mm。仿真和试验证明，该方法能够为大型空间碎片的消旋、捕获任务提供准确的数据基准。     

超长桁架变形的多点实时测量方法研究CSCD

超长可伸展桁架结构广泛应用于各领域,对其变形测量有着重要意义,比较国内外现有的几种常见的超长可伸展桁架结构变形测量方法,指出现有方法的缺点和局限性。提出一种新的基于激光准直的无导轨超长桁架结构变形测量方法,以激光准直光束为测量基准,利用递进分光的方式,实现桁架结构的多点实时测量。分析方法原理后设计实验系统,完成初步测试,实验结果表明基于该方法的测量系统能测量桁架结构二维变形,且稳定性好,重复性误差小于1.1%,非线性误差小于0.6%。该方法无需采用移动的方式或利用导轨即可完成多点实时测量,环境适用性大大提高,还具有测量精度高、测量距离远、可拓展性好等优点,具有很好的发展前景。