卫星太阳电池阵研制标准体系建设及与国外ECSS对标分析

近几年卫星在地面试验中以及在轨运行中出现多次太阳电池阵相关的异常问题，通过对地面试验和在轨数据的分析，确认属于频繁高发的同一类型质量问题。分析其原因主要由于新技术、工艺条件发生变化，而相关的太阳电池阵设计标准、地面试验验证手段没有适应该变化，导致出现异常。本文针对卫星太阳电池阵研制标准体系建设开展研究，对国外ECSS （欧洲空间标准化合作组织）卫星太阳电池阵研制标准进行对标分析。重点研究标准体系在太阳电池阵、结构机构、太阳电池电路以及太阳电池片的设计、生产、装配、测试、验收标准的制定和应用；对太阳电池板研制标准体系进行分析研究，为后续太阳电池阵的研制过程及试验提供参考，对确保卫星安全可靠供电，圆满完成飞行任务具有重要意义。     

航天器供配电分系统电弧短路故障及其防护

介绍了航天器电弧故障的机理,给出了不同材料的真空电弧特性,总结了航天器太阳电池阵、太阳电池阵驱动机构(SADA)和母线三大类电弧故障模式,提出了太阳电池阵电弧故障的一般防护方法,并介绍了国际标准ISO11221-2011试验验证方法。建议深入开展相关故障机理与防护和验证新技术研究,建立相关产品保证规范体系,以防止航天器电弧短路故障发生。     

空间原子氧环境对太阳电池阵的影响分析

空间原子氧是危害低地球轨道（LEO）航天器在轨性能的最主要空间环境因素之一,其强氧化性能够对包括太阳电池阵在内的航天器外表面暴露材料和组件造成危害。文章分析了某载人航天器在轨原子氧环境、原子氧对不同结构太阳电池阵所用材料的影响以及对太阳电池阵组件电性能的影响,结果表明原子氧对材料的作用能够引起太阳电池阵基板强度降低、电连接可靠性下降及电缆线护套失效等风险,材料的损伤会导致太阳电池组件电性能的下降。鉴于以上结果,作者建议在今后LEO长寿命航天器太阳电池阵研制中,应对原子氧环境条件进行详细设计;同时开展组件级试验,以对电池阵原子氧防护设计的有效性进行验证。     

一种航天器太阳电池阵共形天线研究

共形天线具有与载体结构浑然一体的特点,不仅能够减少天线数量,而且利于优化总体结构。在分析航天器太阳电池阵结构的基础上,结合共形天线特点,提出了航天器太阳电池阵共形天线结构设计的问题。文章定义了太阳电池阵共形天线的概念,开展了共形天线承载面、总体结构、阵元结构、阵元馈线、进出航天器信号传输线,以及波束控制网络等研究与设计,并以S、X双频段阵元结构为例进行了共形天线的电气性能仿真验证。仿真结果表明,在航天器太阳电池阵上实现共形天线不仅是可行的,且具有较高的工程应用价值和广阔的应用前景。     

一种精确计算航天器本体对太阳电池阵遮挡的方法

针对航天器太阳电池阵电设计和热设计中需要准确考虑阴影影响的问题,提出了一种可以精确计算太阳电池阵阴影的方法。首先使用三角网格来建立3D模型,其次考虑了航天器本体构件间的相对运动,然后用一个“包围盒”去截取模型上的三角网格点,再把这些点投射到太阳电池阵上,最后把太阳电池阵分成小方格,分别使用逐点比较法和最小矩形法来生成阴影图形。给出了月球车遮挡计算的实例,仿真分析表明生成阴影图形时,最小矩形法具有更高的速度。使用本文所述的方法,可计算结构复杂、构件间有相对运动的航天器本体对太阳电池阵造成的遮挡,能生成精确的阴影图形,为后续计算受遮挡的太阳电池阵的输出特性奠定了基础。     

航天器太阳电池阵电性能测试技术

文章介绍了航天器太阳电池阵电性能技术指标,分析了影响测试的技术条件,如光谱、光照强度、温度、标准太阳电池、光照均匀度、光照稳定度、测试系统等。文章还介绍了脉冲式太阳模拟器的工作原理,提出了在航天器太阳电池电性能测试方面的发展方向和今后要解决的技术问题。     

航天器三维协同研制标准体系研究

三维协同研制具有可视化、精确性的特点,是数字化研制的一项重要工作,数字化技术应用标准化是三维协同研制模式推行的基本保证。通过分析产品数字化研制标准体系的现状,基于航天器三维协同数字化研制全流程,构建航天器三维协同研制的数字化标准框架和标准体系,逐条梳理标准体系下的标准细目。文章介绍三维协同数字化标准现状,提出航天器三维协同标准体系框架、体系及其标准组成。     

双面银镀金互连材料原子氧防护性能分析

针对航天器太阳电池阵用互连片对耐原子氧侵蚀的需求,文章设计了一种双面银镀金互连片。对界面处银在金元素中的扩散深度以及原子氧对互连片侧面的侵蚀做了理论计算与原子氧试验微观分析。对互连片进行了总通量为7.83×10²⁶ atoms/m²(等效低轨15年)的原子氧侵蚀试验,并对互连片在试验前后的外观进行了观察对比,对试验后材料表面元素以及侧面侵蚀程度、材料强度等方面做了系统分析,对采用双面银镀金互连片制作的太阳电池组件进行了88 000次温度循环试验,充分验证了互连片及焊点的空间环境适应性。研制的双面银镀金互连片成功应用于某低轨长寿命航天器太阳电池阵,大幅提升了太阳电池阵供配电稳定性。     

飞船电源系统太阳电池银焊点的热应力分析

太阳电池阵是航天器电源系统的重要结构部件。文章以某飞船的太阳电池板为研究对象,根据其在热真空可靠性试验中的温度条件,对太阳电池与互连片连接处的银焊点部位进行了热应力和热变形仿真计算,并与试验现象进行了对比分析,证实了交替变化的高低温会导致银焊点的虚接触,从而使太阳电池阵不能正常工作。该研究成果可为航天器太阳电池银焊点的连接设计和焊点的检验提供参考。     

新型航天器太阳电池基板研制

介绍了我国新型航天器太阳电池阵基板研制成果。研制成功的制品经历了地面环模和飞行试验的考验,各项技术指标均达到设计使用要求,取得了较为满意的效果。     

采用太阳电池阵和储能飞轮的电源系统设计与分析

飞轮储能装置具有比能量高、寿命长、任务期内无衰减等优点,可替代航天器中传统的化学储能装置。为论证太阳电池阵-储能飞轮电源系统的可行性,本文从航天器总体设计的角度分析了其关键设计要素,论述了其对航天器机、电、热等方面的影响,并给出提高系统可行性的合理化建议,以及针对低轨卫星的太阳电池阵-储能飞轮电源系统的设计举例。通过与传统电源系统的技术指标对比分析,表明太阳电池阵-储能飞轮电源系统具有较高的比功率,并在降低航天器质量、节约发射成本方面具有很大优势,在未来航天器的应用中具有很大的潜力。     

高压大功率S3MPR电源控制器设计与验证

针对航天器平台一级能源变换高压大功率的应用需求,采用并联式DC/DC变换器的最大功率点跟踪(MPPT)拓扑结构,设计一种顺序开关分流最大功率调节(S~3MPR)电源控制器。为了解决传统S~3MPR技术的算法电路复杂、跟踪精度低等问题,兼顾航天器应用环境的特殊性,通过采用模拟电路实现的方式设计出一种基于交错扰动方法的MPPT控制算法电路。该算法可以实现太阳电池阵电压电流输出较大范围内精确跟踪其最大功率输出。研制了5 kW功率(10路太阳电池阵)的原理样机对设计进行试验验证,结果表明:电源控制器性能良好,满足高压大功率航天器平台的应用需求。     

太阳电池阵新型互连片微连接技术探讨

太阳电池阵由多个太阳电池单体串并联组成,焊接部位多,因此电池电路的互连成为其可靠性的制约因素。文章通过分析太阳电池阵新型互连片焊接影响因素,并进行焊接工艺试验验证,摸索出新型互连片的焊接参数,满足太阳电池焊接强度要求,为航天器的长寿命设计提供参考。     

阴影遮挡对太阳电池阵发电能力影响的仿真分析

航天器太阳电池阵的在轨发电能力会由于舱体等对太阳光的遮挡而受到影响。文章通过建立太阳电池电路模型,利用Saber仿真平台进行仿真,得到太阳电池单串电路遮挡片数与功率输出的关系曲线,利用MatLab进行了基于每个单串电池电路的遮挡计算,最终计算得到自主飞行阶段的阴影遮挡造成的太阳电池阵功率损失率。比较新计算方法与传统计算方法的计算结果表明,新方法的计算精度更高,尤其是在被遮挡的电池片数量较少时,新方法的优势更加突出。     

20世纪上海航天器电源技术的进展

较为系统地介绍了作为航天器电源的锌银电池组和硅太阳电池阵／镉镍蓄电池组联合供电系统的组成、主要性能参数及其技术特点。阐述了近半个世纪以来，上海航天技术研究院在航天器电源研制技术方面所取得的成就及其在国内卫星、飞船和国外卫星领域的应用情况。指出了航天器电源技术今后的发展方向。     

航天器姿控发动机真空羽流场计算及其扰动分析

航天器姿态控制发动机工作期间,产生的羽流扰动力矩会影响控制精度,对流和辐射产生的热效应会影响热控系统工作,羽流沉积物会影响光学敏感器的精度。文章以某航天器的20 N姿控发动机为例,首先采用工程的MOC方法计算其真空羽流场;然后利用建立的航天器羽流三维冲击模型分析了羽流对太阳电池阵的冲击载荷;最后对发动机羽流脉冲激励下太阳电池阵的响应和姿态控制系统受到的扰动力矩进行了仿真分析。结果表明姿控发动机羽流脉冲激励将对控制精度和稳定度产生不可忽视的影响。     

航天器总体设计与试验标准体系构建及运行

航天器总体设计与试验技术是航天器系统研制的核心关键技术,原有体系中总体设计与试验标准子体系存在一定的横向不一致、领域间标准交叉、专业界面不清晰的情况。文章从航天卓越标准体系建设需求和航天器研制的实际需求出发,分析航天器总体共性技术、总体专业技术和航天器系统试验技术等方面的标准需求,明确构建目标,理清思路和原则,构建完善航天器总体设计与试验标准体系,阐述体系运行中涉及的组织、培训、实施监督等工作内容。针对体系构建和运行中尚存在的问题从国际标准培育、体系表动态维护、协调沟通平台建设等方面给出后续发展建议。     

航天器GNC系统研制流程与标准体系的交互式应用初探

航天器制导、导航与控制（GNC）是航天器最为关键的系统之一,涉及多专业、多学科、多单位大协作。集团GNC标准专业组开展了GNC领域标准体系建设等工作,但仍需解决领域标准知识如何在航天器研制流程中发挥针对性作用,以及航天器研制流程中积累的经验教训如何及时反馈到标准的制定或修订中的问题。文章研究航天器GNC系统研制流程与标准体系的交互式应用范式,重点阐述了结构化标准体系的构建和标准的智能化推送,并据此提出后续GNC标准体系推广应用的若干建议和设想。     

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。     

航天器太阳电池阵空间外热流环境模型及分析

文章通过对航天器运行的空间外热流环境进行分析,给出太阳电池阵接收热流及其角系数的计算方法;对低地球轨道和地球同步轨道的地球阴影进行分析,得出太阳电池阵进出阴影的时刻以及轨道周期时间节点;通过对太阳电池阵的各部件有限元建模,计算出摇臂架、电池基板和铰链表面的热流载荷,并对比分析了不同轨道条件下热流载荷随轨道周期性的变化规律。