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。     

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。     

预估太阳电池阵在轨最高温度的经验公式

针对距地高度为300～1000 km的太阳同步轨道,分析了一维转动展开式太阳电池阵的温度影响因素,给出了计算太阳电池阵最高温度的经验公式。此公式同样适用于低地球轨道的卫星,且计算结果可包络卫星热控状态变化带来的影响,在太阳电池阵设计阶段可为电源分系统提供太阳电池阵最高温度的初步数据。     

GEO卫星网状天线遮挡对太阳电池阵输出功率影响的分析及对策

大型网状天线已经在地球同步轨道(GEO)卫星中得到广泛应用,天线在轨展开后不可避免地会对太阳电池阵产生遮挡。文章分析了大型网状天线对太阳电池阵的遮挡,综合考虑遮挡对太阳电池电路特性、太阳电池阵有效面积和温度的影响,并进行了遮挡损失模拟试验。针对影响分析结果,提出了合理的应对策略,如太阳电池阵被遮挡后功率不足时由蓄电池组参与联合供电,可为电源系统功率设计提供参考。     

卫星电源系统优化设计

对卫星电源系统进行总体优化设计是提高其可靠性和性能,减轻重量的一条重要途径。以太阳同步轨道卫星为背景,研究了太阳电池阵/蓄电池组联合电源系统的优化设计。包括以下内容:(1)轨道光照条件的计算方法;(2)研究了固定展开式、一个自由度对日定向式和两个自由度对日定向式等构型的太阳阵的最佳应用范围,建立了太阳阵的直流分析模型;(3)建立了蓄电池组的容量设计方法和直流分析模型,对蓄电池组的组成和充电方式,能量多圈平衡等问题进行了优化分析;(4)以太阳阵的输出功率为目标,对峰值功率跟踪(PPT)和直接能量传输(DET)两种太阳阵功率调节方式的应用范围进行了分析和比较。以电源系统的重量功率比最小为目标函数,对四种典型DET方式的电源系统配置方案进行了优化比较;(5)建立了以母线为核心的电源系统的交流小信号模型,导出母线阻抗,稳定性,瞬态响应和纹波的分析方法,对母线性能进行了优化设计;(6)对SEDSAT-1小卫星电源系统进行了仿真实验,部分验证了上述研究结果。本文的研究可用于电源系统总体设计的方案比较和方案优选过程。它将有助于定量地比较和优选电源系统设计方案,并实现降低重量功率比和提高性能的目的。     

卫星三端口DC-DC变换器技术综述

三端口DC-DC变换器可以同时将太阳电池阵和蓄电池组的功率统一变换到负载端。从外部端口看,电源控制器可以看作一个双输入、单输出的三端口DC-DC变换器,同时实现太阳电池阵调节、蓄电池组充放电控制,并保持负载端电压稳定。文章从三端口DC-DC变换器的拓扑结构、控制方法等方面进行调研,分析不同三端口DC-DC变换器的设计原理和特点,对其关键技术和适用性加以总结,提出电源控制器优化设计建议,可为实现卫星电源系统高功率密度、低成本设计提供参考。     

中高轨航天器月影下能量平衡计算方法

针对使用锂离子蓄电池组的中高轨航天器,提出了一种月影下的太阳电池阵输出功率计算方法,构建了典型的中高轨航天器电源分系统的仿真模型,开展了航天器月影下能量平衡的仿真。采用该方法对某卫星月影下的能量平衡情况进行了计算,并将计算结果与实际遥测数据进行比对,结果表明:该方法可以实现航天器月影下功率平衡的高精度计算。文章提出的方法可以为航天器在轨月影的预测和月影期间蓄电池组的在轨管理提供参考。     

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。     

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。     

实践四号卫星一次电源系统

介绍了实践四号卫星一次电源系统的基本构成及其主要性能和飞行结果。一次电源系统包括太阳电池阵,镉镍电池组,氢镍电池组、分流调节器、电源控制器等部件。系统采用全调节母线设计,当卫星飞经阳光区时由分流调节器控制母线电压在27.5.～28V,飞经地影区时由升压式放电调节器控制母线电压在25.5～26V,使一次电源母线始终控制在25.5～28V。     

FY-1C/D极轨气象卫星姿控分系统及其在轨运行

简要介绍了风云一号(FY-1)C，D极轨气象卫星姿态控制分系统的主要任务、技术指标和系统构成。给出了两星发射后动量轮、红外地平仪、太阳敏感器和三轴磁强计等的运行情况。卫星姿态在轨测试结果表明，FY-1C，D星的姿态稳定，满足甚至优于技术指标要求。最后概述了姿控分系统在可靠性、长寿命和稳定性等方面的技术进步。     

FY-2C星热设计的优化及其在轨性能

为改善风云二号(FY-2)C气象卫星有效载荷扫描辐射计及其他星上仪器的热环境温度,采用前太阳屏增加散热面、二次分离环提高散热能力,以及重组与补充热控电加热器方案对其热控分系统进行了优化,并用仿真分析和局部试验替代了热平衡试验验证.C星飞行结果表明,优化后的热控分系统具有良好的调控和适应能力,工作稳定,性能指标全部满足要求.说明C星的热设计优化正确有效,为扫描辐射计光机提供了优良的热环境温度.     

FY-2C星数传与云图广播转发器分系统

介绍了风云二号(FY-2)气象卫星数传与云图广播转发器分系统的功能、组成,以及频率配置、传输信号特性和增益与功率等主要技术指标.给出了C星分系统转发器的技术改进.阐明了采用的收发多工器、射电天文保护滤波器、固体功率放大器(SSPA)和功能转换开关等关键技术.测试结果和在轨运行状况表明,C星数传与云图广播转发器的性能符合设计任务书要求,在轨运行正常稳定.     

FY-2C业务静止气象卫星及发展展望

介绍了风云二号(FY-2)静止气象卫星02批首颗业务应用C星的构型与布局、控制分系统、5通道扫描辐射计、星上图像生成、数传与云图广播转发器、工程与业务测控、二次分离、电源母线调节、复合材料结构件和仪器板等温化等主要技术特点.给出了C星相对01批的多通道扫描辐射计、无线系统和电源等部分技术改进.在轨测试与运行结果表明,C星的成像系统达到了研制总要求和任务书指标,云图观测能力和质量满足气象卫星业务运行及应用系统的需求.自投入业务运行后,C星为国内外用户提供了大量的图像、定量与人机交互产品,在暴雨、台风、火灾和海冰等监测中发挥了重要作用.最后,对静止气象卫星的发展趋势进行了展望.     

FY-2C星控制分系统设计

介绍了风云二号(FY-2)气象卫星双自旋稳定控制分系统的组成、功能和技术指标,以及卫星起旋控制、章动角与摇摆角控制、敏感器设计和消旋子系统设计等关键技术.C星在轨运行情况表明,控制分系统工作正常、性能稳定,圆满完成了起旋、主动章动控制、测定姿、姿态机动、转速调整、定点捕获和天线消旋对地定向等任务,技术指标满足任务书要求.     

FY-1C/D极轨气象卫星及其在轨运行

简要说明了风云一号(FY-1)极轨气象卫星的总体情况。介绍了FY-1C星运行5年。D星运行2年后的测控、电源、热控、敖传、扫描辐射计和星载数据收集与分发(DCDS)分系统、有效载荷空间粒子成分监测器。以及姿控和星载计算机的在轨运行情况。在轨测试结果表明，两星的在轨运行、功能和性能符合任务书的要求。最后总结了长寿命高可靠稳定优质业务运行的FY-1C，D星的创新点、主要成绩，并给出了部分应用情况。     

FY-2C星地面应用分系统指令与数据获取站

介绍了风云二号(FY-2)C星地面应用分系统数据与指令接收站(CDAS)的主要技术指标、工作流程,以及与C星的星地接口与地面应用分系统其他部分的接口.说明了CDAS的天伺馈、信道、图像获取(IAS)、三点测距(TRRR)、数据收集(DCP)、遥测遥控(TT&C)、卫星模拟器、标校、时间统-、低速信息传输(LRIT)信息编码与发送等子系统的组成与功能.阐述了C星CDAS的设计原则,以及用群调技术实现DCP的数据解调、用扩频伪码进行TRRR定位、图像处理、TT&C增加图形化界面控制、正交相移键控(QPSK)解调器抗长连"1"功能等关键技术.在轨测试和试运行期间,C星的CDAS不仅解决暴露的问题,而且进行适应性调整.验收前测试结果表明,其功能及技术指标满足业务运行要求,设备工作正常、性能稳定.     

FY-2C星应答机子系统技术改进

阐述了风云二号(FY-2)C星测控分系统应答机子系统的功能,以及载频中心频率、工作体制、接收机输入信号电平、馈线损耗、发射性能和功耗等主要技术指标.给出了子系统的组成和工作原理.介绍了C星应答机的倍频链电路、调制器、选用固态功率放大器(SSPA),以及功率合成器放电余量增大等设计改进.试验验证及在轨运行状况表明,C星应答机工作正常,所作技术改进正确有效.     

FY-2C星辐射致冷器太阳屏研制

在风云二号(FY-2)01批气象卫星的基础上,为提高辐射致冷器(以下简称辐冷器)的性能,对C星辐冷器太阳屏进行了改进.根据太阳屏保护膜厚度和翻边白漆等表面特性对辐冷器性能的影响,通过控制保护膜厚度和改用耐紫外光的KS-Z无机漆等以改善C星太阳屏表面特性.地面试验和在轨测试结果表明,C星辐冷器温度和制冷量均在理论计算范围内,太阳屏技术改进有效.