质子交换膜燃料电池及其空间应用

介绍了质子交换膜燃料电池(PEMFC)、可再生燃料电池(RFC)的工作原理、性能和空间应用特点，以及发展航空航天器用可再生PEMFC系统的必要性和可行性。讨论了PEMFC和可再生PEMFC系统所面临的技术难点。最后，针对我国的实际情况，提出了分阶段发展PEMFC和可再生PEMFC的建议。     

水基推进系统综述

水基推进系统的发展为航天器推进、供电、能量储存、系统构建提供了新的选择。这一系统的核心是一体化可再生燃料电池,它利用太阳能电池帆板提供的电能电解水．产生的氢氧气体既可以用于燃烧推进,又可以通过燃料电池反应重新复合为水进行供电。介绍了水基推进系统的基本组成与工作原理,通过质量估算与性能分析,评估了水基推进系统的工作能力、适用范围及空间应用优势。     

舱外航天服冷热电一体化系统性能分析

文章提出了一种舱外航天服冷热电一体化(Combined Cooling-Heating-Power,CCHP)系统,该系统的主要组件有质子交换膜燃料电池、热驱制冷装置、金属氢化物储氢装置和辐射器等.在冷热电一体化系统的冷电匹配方法上提出了“以电定冷”方案,按照该方案计算了一组典型工况下系统的工作状态,分析了燃料电池的工作温度、工作电流密度和工作压力对系统质量和消耗性工质损失的影响.结果表明,该舱外航天服冷热电一体化系统在质量大小方面可以接受,在消耗性工质损失方面比水升华器冷源/蓄电池电源方案小得多;且降低燃料电池工作温度和压力、增大燃料电池工作电流密度,均能够减小系统质量、降低系统消耗性工质损失.     

燃料电池的空间应用技术发展

燃料电池作为高效环保的发电装置,在空间应用上具有极大潜力.本文论述了近年燃料电池的空间应用技术,以求促进相关产业及研究的进一步发展.分别对微重力环境下的水、热管理技术进行了探讨,发现微重力中气流方向及燃料电池布置对电池性能具有显著影响,气流宜以相反方向通入,微重力环境对竖直放置和水平放置(阳极在上或阴极在上)的燃料电池...     

应用于空间燃料电池的氢技术研究进展

对燃料电池的工作原理和分类、氢气的制备、存贮技术进行了分析。通过研究储氢相关技术国内外研究现状、趋势和应用情况,结合当前空间应用的各种条件,认为可充分结合水电解技术、固态储氢、电化学泵和氢压缩机等技术开展可再生燃料电池的研究,形成与航天器太阳能电池组联动、互补的系统,进一步延长供电寿命,为未来长寿命航天器的发展提供技术储备。     

高效空间应用燃料电池热能利用技术研究

首先介绍了空间应用燃料电池高效散热及温控技术。高精度控温主要是利用被动散热技术,将产生的热量快速传导至外部冷却介质,从而保证产热面的温度均匀性,实现电池稳定工作。通过嵌入式被动散热和双端散热的冷却方式,实现电堆内部最大温差小于5℃,换热系数达1000W/(m·K)。     

新型空间电源——热离子核电源

概述了空间电源的发展过程,以及空间电源系统在空间飞行器设计中的重要作用;大功率、低重量、小体积、抗辐照是对空间电源的基本要求。概述了空间核电源的优点、缺点、使用的范围、发展的必然趋势、回避缺点的方法。     

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。     

木星环绕探测器电源系统设计研究

木星环绕探测任务的规划,对电源系统的设计提出了新的需求和挑战。文章结合木星及木星系环绕探测器任务各个阶段的温度、光照、辐射等空间环境特点,分析了电源方案的设计需求,并调研了以美国伽利略号(Galileo)、朱诺号(Juno)和欧洲木星冰卫星探测器(JUICE)为代表的国外木星环绕探测器的电源系统设计。根据我国的能源和航天技术发展现状,比较了同位素电源和太阳电池阵2种技术路径,提出"太阳电池-蓄电池"是木星环绕探测电源系统的可行方案。最后给出了电源系统的初步设计方案和输出仿真,并通过分析建议在低温低光照太阳电池、宽域电源控制器和太阳电池辐照防护等技术方面针对任务进行适应性改进,以满足木星环绕探测的任务需求。     

100 kWe级空间快堆核电源系统仿真平台开发与应用

空间核反应堆电源作为一种具有竞争力的空间电源方案,正逐渐受到关注及应用。本文针对一个100 kWe级锂冷快堆耦合布雷顿循环的空间堆核动力系统方案,修改了RELAP5程序中的物性程序、换热模型,程序中的中子动力学模块使用蒙特卡洛方法计算快堆物理参数与堆芯控制调节参数,由此集成并建立一个空间快堆核动力系统综合仿真平台,应用该平台对100 kWe级空间堆核动力系统进行了稳态模拟与事故分析。结果表明:在瞬态发生后系统各参数变化符合预期,验证了各部件及控制系统的功能性及有效性;同时,还初步进行了仿真平台用于100 kWe级空间反应堆核动力系统设备的设计优化的实践,为空间快堆设计与安全分析提供了技术储备。     

空间太阳能电站技术的可行性研究

简要介绍世界空间太阳能电站的太阳发电卫星／太阳能发电（ＳＰＳ／ＬＳＰ）系统两种设想及相关技术的可行性研究与发展情况。总体说，实现空间电站所需无线电能传输技术（ＷＰＴ）、太阳电池技术及空间技术已基本成熟，可望于下世纪初建立初步的空间太阳能发电系统。     

空间太阳电站的发展前景评估

首先回顾了NASA的空间太阳电站1979 SPS基准系统方案及其产生与搁置的背景，强调了1995－1997年新一轮论证中所提方案的高度模块化特点，这一特点使空间太阳电站的技术可行性大为增加，其次介绍了空间电站研究的工作分解结构和所需的关键技术，最后从全球对电能的需求，有关国家的态度，关键技术的进展等几个方面，给出了对空间电站发展前景的不同评价。     

航天器电源系统大功率智能配电技术

随着航天器功能的增多和容量的增大,对电源系统的配置、管理、故障检测与诊断以及可靠性和可维修性都提出了更高的要求,促使航天器配电技术向着大功率和智能化方向发展。文章介绍了“天宫一号”目标飞行器电源系统采用的大功率智能配电单元,并在此基础上提出了智能能源管理单元设计。通过采用智能数据处理、固态功率控制等改进技术,将大功率智能配电系统进一步提升和完善,拓展其应用领域,以满足未来载人航天和深空探测任务发展的需要。     

模块化多旋转关节空间太阳能电站方案设计

文章基于多旋转关节空间太阳能电站(MR-SPS)方案,以降低远距离高压电力传输技术难度为核心,提出一种更新的模块化多旋转关节空间太阳能电站概念。该方案在分布式太阳电池分阵和多导电旋转关节基础上,对于微波发射天线阵也进行了模块化设计和分布式布局,实现了太阳电池分阵和微波发射天线分阵的一一对应,形成多个独立的太阳能发电与能量传输模块,通过模块的扩展实现整个空间太阳能电站。该方案大幅简化了空间电力传输与管理的复杂性和在轨组装的难度。同时各个模块完全独立,组装后即可单独工作,也提高了系统的可靠性。     

空间太阳能电站的激光无线能量传输技术研究

以空间太阳能电站为研究背景,通过对大功率激光发射、高效激光能量接收、高功率激光光束控制等关键技术的研究,提出了一种可用于空间太阳能电站的激光无线能量传输系统,可为未来空间太阳能电站的建设和应用提供技术支撑和方法储备,同时也可为我国空间科学研究及新能源应用提出了一种安全、高效、先进的技术手段。     

高功率微波空间功率合成效率分析

分析了影响高功率微波空间功率合成的主要因素,研究了几种误差对空间功率合成效果的影响,探讨了获得较好功率合成效果高功率微波的控制需求,通过仿真分析得出一些有价值的结论,能够为高功率微波空间功率合成的工程化提供参考与指导。     

一种深空探测器电源共用的方法

针对深空探测器重量约束苛刻的特点,提出了一种适合探测器A和B组合体的电源共用方法,充分利用探测器A和B电源控制器原有的功率模块,设计电源共用电路和一套逻辑控制指令,通过两器间的电接口实现电源共用,并对该方法的技术先进性进行了详细分析,可为深空探测器电源系统设计提供参考。     

模块航天器间激光无线能量传输系统方案设想

模块化航天器是未来航天器发展的重要方向,模块航天器之间的能量传输是实现模块化功能应用的关键技术。文章针对模块化航天器系统能量分配需求,对无线激光能量传输技术进行了研究。阐述了无线激光能量传输系统的功能组成,建立了系统框架模型,分析了系统的关键技术,并对系统各组成模块进行了初步设计。在此基础上对激光传能系统进行了试验验证,获得了理想的光电转换效率。文章的研究成果可为我国模块航天器的发展提供技术支持。     

多旋转关节空间太阳能电站概念方案设计

对于国际上典型的空间太阳能电站概念方案进行了分析,在此基础上提出了一种新的概念方案--多旋转关节空间太阳能电站,并给出总体构型和主要分系统初步方案设计结果。该方案采用多个相互独立的太阳电池子阵代替了传统的整体式太阳电池阵,以多个中等功率的导电旋转关节替代传统的极高功率的旋转关节,不仅解决了传统空间太阳能电站方案中的极大功率导电旋转关节技术难题,还可以避免导电关节的单点失效问题,模块化的设计也使得系统的组装和构建更加可行。     

Strategies of developing advanced lunar power systems

Electric and thermal power have to be available at the base site on the lunar surface before the first lunar crew arrives. Unlimited solar energy is available during the lunar day, but this must be stored for use during the lunar night unless nuclear energy systems are available. State-of-the-art candidate systems are reviewed and the production of solar cells on the moon is discussed. Various options for developing a lunar power plant are proposed. These must be simulated and optimized in a real lifecycle systems scenario to provide operations and cost data essential for choosing a strategy.