太阳电池阵深空探测适应性设计概论

随着近年来月球探测的推进,深空探测的论证,针对深空探测对太阳电池阵低温度、低光强、强辐射等环境的技术需求,以火星探测和木星探测太阳电池阵设计分析为例,通过任务环境特点分析,给出了特殊服役环境下太阳电池选型方法,方阵设计与验证建议,对国内深空探测太阳电池阵设计具有一定参考意义。     

载人航天器体装太阳电池阵有效发电面积计算方法

航天器的发电能力与太阳电池阵有效发电面积成正比。针对圆柱形载人航天器,提出了一种体装太阳电池阵有效发电面积计算方法。首先,将太阳电池阵沿圆周方向划分为多个子阵,通过坐标变换,计算太阳矢量与每个子阵法线的夹角（即太阳入射角）;然后,将每个子阵面积与对应太阳入射角的余弦相乘并求和,得到体装太阳电池阵的有效发电面积。对不同轨道日照角、不同飞行姿态下体装太阳电池阵有效发电面积进行仿真分析,仿真结果表明:三轴对地姿态下平均有效发电面积为安装面积的25%~32%,通过固定角度偏航可将有效发电面积提高至安装面积的30%~44%。      

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.     

太阳电池阵瞬态非线性温度场的精细算法

利用精细时程积分法和状态空间转移法 ,提出了计算空间飞行器太阳电池阵瞬态非线性温度场的非线性补偿法 ,它能够计算太阳电池阵在轨飞行时的温度场 ,具有收敛性好、稳定性好、计算精度逼近精确解、可以取较大的时间步长等特点     

极月轨道上太阳电池阵外热流规律分析

准确的月球表面温度分布模型对于开展月球探测具有重要意义. 目前有关月球表面温 度模型还缺乏对完整月球表面温度分布的计算方法研究. 本文建立了一套计算完整月球表面温度的方法, 其中月球阳面温度采用Racca模型直接计算得到; 对于月球阴面, 将其沿纬度方向划分为若干区域, 每个区域的地表土壤采用一维非稳态热传导模型, 根据嫦娥三号着陆器太阳电池阵在轨环月阶段的温度数据, 修正得到月球表面土壤导热系数、密度及比热容, 通过数值计算求解一维非稳态热传导方程, 得出任意时刻月球阴面表面温度随时间的变化. 嫦娥三号着陆器太阳电池阵环月阶段热分析结果与在轨温度符合较好, 初步说明本文建立的完整月球表面温度计算方法正确可行. 基于本文方法计算得到整个月球表面温度分布, 进一步研究了极月轨道太阳电池阵外热流变化规律.     

空间太阳电池阵双轴驱动机构设计及热分析

针对空间太阳电池阵驱动机构的轻量化和长寿命两大关键技术, 研制了一种轻小型双轴驱动机构, 该机构由连续转动轴(A轴)和有限角度转动轴(B轴)组成, 连续转动轴利用导电滑环传输电能, 机构具有结构紧凑、刚度好以及重量轻等优点. 并通过了包括导电滑环和谐波减速器在内的关键活动部件加速寿命试验考核. 利用热分析软件对双轴驱动机构进行了热分析仿真, 通过比较不同热控方案下的温度场分布, 确定了可以采用的热控措施.     

太阳电池阵极月轨道在轨热分析

以极月轨道上太阳电池阵作为研究对象,详细分析了该轨道上电池阵所得各外热流的确定方法.以此为基础,对太阳电池阵进行在轨温度数值模拟,得到月球轨道上电池阵所得外热流以及温度的周期分布.计算结果与地球卫星的相应数据进行比较,明确了月球轨道上电池阵所得外热流以及温度的周期分布特点,为月球卫星上太阳电池阵以及整个卫星的设计提供了有利的数据参考.     

一种实现太阳阵峰值功率跟踪的智能控制方法

首先讨论了峰值功率跟踪的一般概念及原理,然后提出了一种采用模糊自寻优智能控制原理实现太阳阵峰值功率跟踪的具体方法。该方法先根据模糊自寻优控制器的输出计算太阳阵电压的参考值,然后将此参考值与太阳阵的实际输出电压相比较,得出的误差信号去控制脉宽调制输出的占空比,以使太阳阵的输出电压达到此参考值。由于参考电压值的算法充分考虑了太阳阵峰值功率点的逼近问题,因此,上述过程多次进行,就能使得太阳阵的工作点最终到达峰值功率点。     

深空探测太阳电池阵应用及关键技术分析

从1958年启动月球探测活动至今,经过几十年的发展,人类在深空探测领域取得重大成果。本文首先介绍地内行星、地外行星与登陆探测等领域探测器用太阳电池阵技术的应用情况,同时结合地内行星探测、地外行星探测与登陆探测任务所面临的不同空间环境特点对航天器太阳电池阵进行关键技术分析,梳理深空探测任务对太阳电池阵不同的技术需求及其所需解决的关键问题,从中得出未来深空探测太阳电池阵技术的趋势是将向更高效率太阳电池阵、环境自适应技术、高重量比功率、高体积比功率的方向发展。     

太阳电池电路深空探测服役环境与关键技术分析

针对月球、火星、木星等不同的深空探测任务,本文通过在轨服役环境分析,说明了火星探测火星表面光谱计算方法、火星光谱太阳电池设计思路、火星表面除尘技术路线及木星探测低温低光强技术风险。结合工程技术经验,给出了特殊任务应用条件下单片太阳电池推算整板输出功率的计算方法,解决了我国尚无特殊条件的瞬态大太阳模拟器作为整板输出功率测试地面模拟光源的工程难题,为相关科研人员提供参考。     

内含稳定的瞬时备用电源的电源

以５Ｖ电源为例，阐述一种可以广泛应用于各种电子仪器的内含稳定的瞬时备用电源的电源的设计方法和元器件的选择。这种电源采用在两极稳压中间加瞬时备用电源，利用电源滤波电容上电压不能跳变，在电源突然掉电后滤波电容上的电压变化来控制开关元件，将备用电源接通和关断的原理设计。备用电源使用可充电电池。通过元器件的选择，可使这种电源在掉电后几十秒到百秒范围内不间断地向电子仪器提供稳定的电压，从而在小电流范围内可取代价格昂贵的ＵＰＳ电源。     

空间太阳能电站微波能量反向波束控制技术

微波能量传输设计与验证是中国空间太阳能电站发展各阶段的核心工作,微波能量反向波束控制则是微波能量传输的关键环节。目前的反向波束控制研究都基于微波能量发射阵列具有理想型面的前提,没有考虑空间环境中微波能量发射阵列结构模块发生位置和姿态偏差的实际情况。结合中国空间太阳能电站发展的4个阶段任务,分析了结构模块姿位偏差对整流阵列处功率密度和波束指向误差带来的影响。在已经验证的软件化微波能量反向波束控制基础上,结合结构模块姿位偏差校正,提出了基于相位补偿的反向波束控制技术,并对校正效果进行了仿真分析。基于相位补偿的反向波束控制技术对微波能量发射阵列结构模块姿位偏差的影响具有显著的校正能力。文章可以为微波能量传输系统的设计和研制提供指导。     

直流稳压电源瞬态响应的测量

分析了直流稳压电源瞬态响应的技术要求 ,提出了电源瞬态响应的测量方法 。     

基于输入成形的太阳能帆板自适应滑模控制

为提高太阳能帆板驱动系统（SADS）的角位置控制性能和抑制太阳能帆板的柔性振动,提出了一种自适应滑模控制（ASMC）与输入成形技术相结合的控制策略。该控制策略通过自适应滑模控制保证了系统在不确定性影响下的一致有界性和渐进一致有界性,从而提高了太阳能帆板驱动系统的角位置控制性能。同时,通过基于参考模型的输入成形器（IS）规划了指令轨迹,进而抑制了太阳能帆板的柔性振动。仿真结果表明了控制策略的有效性。      

Orbit-attitude-vibration coupled dynamics of tethered solar power satellite

A new orbit-attitude-vibration coupled dynamic model of the tethered solar power satellite (Tethered SPS) is established based on absolute nodal coordinate formulation. The Hamilton’s equation of the system is derived by introducing generalized momentum through Legendre transformation. The correctness of the proposed model is verified by an example. The dynamic characteristics of the Tethered SPS are studied using the symplectic Runge-Kutta method. Simulation results show that the orbital radius and the total energy of the system are well preserved. The attitude of the system is unstable when the mass of the bus system is small. However, the attitude stability is dependent on some other parameters of the system, which requires further studies. It is also found that the average tether force/deformation can be roughly estimated by simplifying the solar panel as a particle. The proposed model can be used to study the orbit-attitude-vibration coupled dynamics and control problems.     

Feasibility study of LEO,GEO and Molniya orbit based satellite solar power station for some identified sites in India

The analysis of satellite solar power station (SSPS) is carried out for some specified locations (Delhi, Mumbai, Kolkata and Bengaluru) in India and consequently the performance of the system is evaluated for geostationary earth orbit (GEO) based SSPS, low earth orbit (LEO) based SSPS and Molniya (quasi geostationary) orbit based SSPS for sites located at different latitudes. The analysis of power; received energy over a year and weight of the rectenna array for the same beam intensity showed varied results for Molniya orbit based SSPS, LEO based SSPS and GEO based SSPS. The power delivered by the LEO SSPS was highest which indicated that this SSPS may be efficient for the short term power requirement. However, it is observed from the results of the energy received over a year that the GEO based system is suitable for base load power plant as it is capable of delivering constant energy through out a year. Further, the weight of the rectenna and hence the space required for ground station for same power output is smallest for Molniya orbit based system for a range of rectenna array radius considered. It is thus envisaged that the Molniya orbit based system would be a better choice for commercial use of SSPS. These findings may help for judicious selection of satellite orbit and ground station location for placing the satellite for SSPS for various applications.     

150kV逆变电源性能优化及其束源特性

为了进一步提高电子束流发生系统工作的可靠性和稳定性,提高电子束加工质量,采用AC-DC-AC-DC-AC-DC的拓扑电路、新型功率变压器、高压脉冲检测技术、优化的束流反馈控制与灯丝加热电流闭环反馈控制技术等,分别优化了高压加速电源、偏压电源与灯丝加热电源。将所研制逆变电源与150 k V/30 k W电子枪、真空系统等组成了一套电子束流发生系统,测试了该电子束流发生系统输出的高压、最大束流以及灯丝加热电流、偏压变化对束流输出的影响。试验结果表明:经过优化的逆变电源高压输出达到-150 k V,高压输出线性度较好,最大束流达到200 m A;高压、灯丝加热电流给定时,随着偏压降低,束流输出逐渐增大;高压、偏压给定时,随着灯丝加热电流增大,束流输出存在死区、线性增大区和恒流区。