四结砷化镓太阳电池电路可靠性设计及验证技术研究

四结砷化镓太阳电池在半刚性太阳翼上应用,需要满足长寿命高可靠要求,文章针对新型太阳电池片在轨应用的空间环境适应性考核验证问题,开展了四结砷化镓太阳电池小板试验验证,对试验方案及数据结果进行了分析说明.通过对热、静电放电、辐照的分析及试验,结果表明:四结砷化镓太阳电池可以满足半刚性太阳翼长寿命高可靠应用的要求,相关试验验证情况将为后续四结砷化镓太阳电池在卫星半刚性太阳翼大范围的工程应用提供参考.     

空间碎片和微流星对卫星太阳翼的撞击损伤及防护研究

空间碎片和微流星撞击的累积效应,将导致太阳电池片性能衰降,甚至造成一定串数太阳电池片的损伤。高速撞击甚至会激发等离子体,扩散的等离子体会诱发放电,引起太阳电池片电路的电弧放电,导致太阳翼输出功率下降。文章分析了碰撞对太阳电池片造成的物理损伤,还分析了碰撞对电缆束、铝蜂窝板芯的影响。针对3种太阳同步轨道卫星特点分析了其太阳翼遭受空间碎片和微流星撞击的风险,给出了太阳翼的防护措施,可为太阳翼防空间碎片撞击设计的方案选取提供借鉴。     

空间站实验舱柔性电池翼约束释放机构设计与验证

柔性太阳电池翼国内首次在中国空间站成功应用，是空间站系统最复杂、难度最大的机电产品之一，而约束释放机构作为柔性太阳电池翼系统的关键构成，用于实现太阳翼上升段压紧保护和在轨段解锁释放，其成败直接影响航天器任务成败。基于任务需求，本文介绍了柔性电池翼约束释放机构的构成、工作原理、详细设计以及仿真验证和在轨应用情况，分析其技术特点及关键技术。地面验证及在轨飞行试验验证了约束释放机构设计的正确性与合理性，为我国航天器多点大面积可重复压紧及解锁方面提供了一种新颖且可靠的解决方案。     

太阳电池阵基板结构优化设计

针对中、小型卫星设计了一种具有加强区域碳纤维栅格蒙皮结构的太阳电池阵基板，该结构优化设计在国内尚属首次应用。介绍了太阳电池阵基板结构设计及优化，并通过了飞行卫星上的成功应用，验证了其结构形式及功能实现的可靠性、安全性及合理性。结果表明，该结构能够提高太阳电池阵基板的刚度特性。     

复合材料太阳翼压紧框架工艺研究

介绍了卫星复合材料太阳翼压紧框架的制造工艺。在采用主体一次模压成型工艺的基础上,重点研究了组合模具的设计、复合材料铺层设计、模压工艺方法等内容,为进一步扩大复合材料桁架在卫星结构上的应用奠定了良好的基础。     

天宫二号空间实验室半刚性太阳电池翼延寿技术研究

因半刚性太阳电池翼地面贮存设计寿命为3~5年,针对天宫二号空间实验室推迟发射后面临的半刚性太阳电池翼延寿问题,对其延寿技术进行了研究。分析了太阳电池翼地面贮存中环境、电池电路、基板结构、碳纤维材料、玻璃纤维浸渍有机硅树脂材料,以及胶粘剂与其它材料等主要因素的影响。采取了太阳翼在高纯度氮气包装箱中贮存、包装箱置于温湿度控制的环境中、缩短太阳翼在包装箱外装配与测试时间,以及对电池模块进行100%裂片检查等措施。策划了组件级和整机级的延寿可靠性增长试验项目,并进行了可靠性增长试验验证。分析结果表明:在经历了6年多的地面存储后,太阳电池翼各项检查和测试结果均合格,可满足发射任务的要求,措施有效。研究为后续其它航天器半刚性太阳翼产品经历长期贮存的延寿提供了技术支撑。     

航天器太阳电池阵列的发展历程

电源系统是航天器的重要组成部分.航天器电源系统主要有三种类型,化学电池、核电源和太阳电池阵列,而太阳能是航天器系统广泛应用的能源.太阳电池阵列是将太阳能转换成电能的装置,它像翅膀一样在航天器的两边展开,所以又称太阳翼.太阳翼上贴有半导体材料,如掺有5价磷和3价硼元素的硅片,常用的半导体材料还有单结砷化镓和三结砷化镓.太阳电池阵列靠这些半导体材料将太阳能转换成电能.     

欧洲自动转移飞行器电源系统设计及启示

介绍了"自动转移飞行器"(ATV)电源系统采用的3项关键技术:太阳翼X构型设计,太阳电池电路交叉布阵,蓄电池组充电控制模式;探讨了这些技术对平衡不同光照条件输出功率、降低遮挡对每个太阳电池阵输出功率的影响,以及确保蓄电池性能安全可靠的优势;并讨论了ATV电源设计方案对我国货运飞船和空间站电源系统设计的借鉴意义。     

圆形太阳翼发展现状及趋势

圆形太阳翼是在航天器大收纳比的新需求下发展起来的一种新型柔性太阳翼,在国外航天器上已广泛应用。文章论述了圆形太阳翼的发展现状,分析了它的组成和工作原理以及由UltraFlex太阳翼到MegaFlex太阳翼的发展历程和制约因素,阐述了圆形太阳翼不同于其他类型太阳翼的优点,包括结构紧凑、高功率质量比、高展开刚度、低转动惯量、地面展开试验简单、扩展性好等;同时结合两种圆形太阳翼的优缺点,给出了它们的适用范围和场合。最后结合国内现有技术基础,提出了发展建议,可为国内圆形太阳翼研制提供参考。     

立方体卫星太阳翼技术综述

调研了国外不同类型立方体卫星(CubeSat)的太阳翼技术,并从展开维度及展开次数的角度进行了分类,然后对CubeSat太阳翼的太阳电池板、压紧释放机构及展开机构等典型部件进行详细介绍,对不同类型的部件技术进行了对比,通过对比,给出了CubeSat太阳翼在研制体系建设、部件技术、搭载验证等方面的发展建议,可为后续研究提供参考。     

太阳翼铰链锁紧槽的设计研究

针对国内航天器太阳翼所使用的铰链形式,根据产品使用需求,提炼出了铰链锁定装置的功能要求,在此基础上导出了锁紧槽的设计要求、设计流程,提出了一种锁紧槽曲线的设计方法,并通过实例仿真验证了其正确性。     

收拢压紧柔性太阳翼电池片应力影响因素研究

在压紧机构压紧力以及发射阶段加速度工况载荷共同作用下,收拢压紧状态的柔性折叠式太阳翼的太阳电池板上电池片的应力应满足力学强度要求。文章采用有限元方法对电池片应力主要影响因素,包括聚酰亚胺泡沫布局和厚度、聚酰亚胺泡沫力学性能、盖板结构及埋件形状等进行计算分析;总结降低收拢压紧状态下柔性太阳翼压紧点附近电池片压应力的主要来源途径,为柔性折叠式太阳翼的工程研制提供设计分析思路。     

基于脉冲子结构的探测器结构动力学优化设计

针对传统结构优化设计中，精细化模型求解复杂结构动响应过于耗时的问题，引入保精度、高效的脉冲子结构方法，提出一种考虑结构动力学响应的优化设计流程，并对月球探测器太阳翼结构进行优化分析，获得了太阳翼结构设计参数，有效地提高了太阳翼动力学特性指标，改善了月球探测器关键位置处的动力学环境。结果表明，脉冲子结构方法可以有效应用于航天器结构动力学优化设计，提高优化设计效率，所得优化结果对实际结构设计具有一定指导意义。     

大倾角轨道航天器双轴驱动太阳翼构型参数优化方法

针对双轴驱动太阳翼展开后的运动包络对航天器设备产生的视场遮挡和空间干涉问题,基于机构运动学分析技术提出了一种太阳翼构型参数优化方法。首先,基于自然坐标方法建立太阳翼机构运动学模型,完成太阳翼运动状态的模拟;然后,分析太阳翼运动包络的影响因素,并明确可用于优化设计的参数,同时根据机构装配关系及视场要求形成约束条件;最后,建立以摆动角为目标的优化函数并进行优化分析。以轨道倾角86.4°、轨道高度780km的航天器双轴驱动太阳翼构型优化为例,对其构型进行优化设计和优化结果验证分析,结果表明:优化后可获得太阳翼的最大摆动角为32°,此时太阳翼基板边缘与天线、敏感器视场最小距离为5mm,太阳翼运动过程对设备视场不产生遮挡影响,满足工程应用要求,验证了优化方法的有效性,可为太阳翼工程设计提供理论参考,同时为航天器上可动设备构型优化及设备布局设计提供一种新的途径。     

二维展开太阳翼地面展开试验装置设计与验证

针对二维展开太阳翼地面展开过程中重力卸载较困难的情况,设计了适用于二维展开太阳翼的地面展开重力卸载装置,建立了某二维太阳翼在此地面展开试验装置上的动力学模型并进行了动力学仿真分析,分析结果表明太阳翼能够正常展开并锁定,除了太阳翼一次和二次锁定前后瞬间,其余展开过程中吊挂绳索张力最大变化量仅为7％,展开后最大变化不超过2％;该试验装置在某太阳翼上的应用结果表明太阳翼展开前后吊挂绳索吊挂力变化不超过1 N.此试验装置可为其他空间二维展开机构的地面展开试验提供参考.     

“资源一号”卫星火工控制系统可靠性安全性设计

“资源一号”卫星火工控制系统设计的正确性、合理性和可靠性、安全性,与卫星成败有着非常密切的联系。文章重点描述了“资源一号”卫星火工控制系统可靠性安全性的设计,主要包括火工控制系统的点火电路设计、点火通路电缆设计、太阳电池板（文中简称太阳翼）可靠展开的冗余设计和点火限流电阻的设计等4方面内容,尤其在点火限流电阻的选取和设计方面进行了完善和提高。     

斜装匀速对日驱动的卫星太阳电池阵入射角计算方法

某遥感卫星在轨长期工作时姿态处于斜飞状态,受总体构型布局约束,卫星双翼太阳电池阵相对星体倾斜安装;为降低对姿态稳定度的影响,太阳电池阵在轨采用匀速对日定向驱动的工作方式。针对上述特点,提出了一种太阳电池阵入射角的计算方法,考虑了卫星姿态斜飞、偏航导引、地球J_2项摄动、地影影响等因素,采用坐标变换方法,将太阳矢量和太阳电池阵法线矢量转换到同一坐标系下,计算两者方向余弦,进而得到太阳电池阵入射角。选取一年4个典型时间点给出了算例,计算结果与安装在卫星太阳翼上的模拟式太阳敏感器在轨实测结果进行了比较,验证了该计算方法的有效性和精度。     

LEO太阳电池一次放电模型研究

空间等离子体作用下,太阳电池一次放电是诱发二次放电的主要原因。目前缺乏适合工程应用的一次放电快速评估模型。文章借鉴辉光放电理论,针对太阳电池三联点结构提出一次放电一维简化模型,用于评估太阳电池设计对放电脉冲强弱的影响。模型计算结果表明,增加玻璃盖片厚度和电池串联间隙有助于提高一次放电起始电压,一次放电频率随着太阳电池偏压和表面二次电子发射系数增加而增大,放电电流随着太阳电池偏压和电池阵电容增加而增强。该模型计算结果与试验测试结果基本一致,且比其他模型计算过程简单,可以为太阳电池设计中一次放电现象快速评估提供参考。     

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。     

一种二维展开太阳翼的展开动力学仿真分析

在介绍一种二维展开太阳翼构型及组成的基础上,用ADAMS软件建立了二维展开太阳翼柔性动力学仿真模型,模型中为模拟太阳翼驱动装置(SADA)的保持力矩,在SADA上设置了摩擦阻力矩。仿真结果表明,二维展开太阳翼侧板在空间展开锁定不同步,由此而导致侧板锁定对SADA会产生多次冲击。此结论可为二维太阳翼的构型及其铰链设计,以及SADA在轨控制策略提供参考和借鉴。