深空探测先进电源技术综述

先进电源技术是保障深空探测任务顺利进行的前提和基础。在梳理我国后续深空探测任务(月球极区探测、小天体探测、火星探测、木星探测等)对电源系统需求的基础上,对涉及空间应用的电源技术(化学能、太阳能、同位素及空间核反应堆电源)进行概述;针对深空探测对电源系统的需求特点,分别阐述了锂离子蓄电池、太阳能电源、钚-238放射性同位素电源和空间堆核反应电源的特点、发展简史、在深空探测中应用限制及发展建议,重点分析了钚-238同位素电源和空间核反应堆电源技术的关键技术、应用情况及应用前景,为深空探测先进电源技术的长足发展提供参考。     

空间飞行器电源系统的现状及展望

本文反映了国际上飞行器电源系统的历史和现状;介绍了太阳电池阵、蓄电池联合电源系统,放射性同位素电源和核反应堆的空间应用可能性,以及潜在的危险因素;并对未来进行了展望。     

空间核反应堆电源技术概览

空间核反应堆电源具有环境适应性好、功率覆盖范围广、结构紧凑以及大功率条件下质量功率比小等突出优点,在军民航天任务中具有广阔的应用前景,是改变未来航天动力格局的颠覆性技术之一。对空间核反应堆电源的原理、特点、适用范围、应用前景、历史发展情况及现状、典型方案、应用安全等进行了系统介绍,对技术发展趋势进行了分析总结,并就我国该技术发展给出一些见解。     

空间核动力在深空探测中的应用及发展综述

在概要介绍空间核动力发展历程的基础上,总结了同位素热/电源、核反应堆电源、核推进在深空探测领域的应用情况和相关发展情况,并讨论了空间核动力的安全问题。对未来空间核动力在深空探测中应用面临的技术问题进行了展望。     

空间热离子能量转换技术发展综述

空间核反应堆电源是未来空间任务大功率、长寿命能源需求的有力保障,热离子能量转换技术是空间热离子反应堆电源的关键技术之一。概述了空间热离子反应堆电源的总体构造及工作原理,从热离子能量转换的原理、热离子发电元件的类型及其特点、电极材料、试验装置等方面综述了热离子转换技术的发展现状、存在的问题及发展趋势。     

空间核动力源的安全性研究进展

同位素热/电源以及空间核反应堆在深空探测任务中有重要应用。通过调研其技术特点以及国际上针对核能空间应用安全性的相关规范,研究了其空间安全性规范的法律法规。以ALRH(Apollo Lunar Radiosotope Heater,阿波罗月球任务同位素热源)、GPHS(General Purpose Heater Source,通用型热源)、LWRHU(Lighted Weighted Radiosotope Heater Unit,轻量放射性同位素热源)、MMRTG(Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator,多任务型放射性同位素电源)等同位素热/电源及俄罗斯热离子空间反应堆电源(TOPAZ-II型号)为例,结合美俄开展的同位素热/电源的系列安全性试验,重点关注了不同型号的试验及分析技术细节,并分析了同位素热/电源的空间应用安全评价方法,可为开展相关研发提供技术参考。     

空间电源系统寿命预测技术发展综述

空间飞行器在轨工作期间,电源系统受空间环境及自身工作特性限制,性能会发生衰减,直接影响飞行器的供电和工作寿命。从空间电源系统的工作原理出发,分析了导致能源衰减的主要因素;结合目前国内在电源寿命预测技术方面的进展,提出了目前寿命预测技术所面临的难点及后续的主要攻关方向,为其后续工程化应用和实施提供解决途径。     

“接触-导热”式热管辐射散热器设计与分析

针对空间核反应堆电源中的热排散系统，新设计出“接触-导热”式热管辐射散热器结构，根据此散热器结构提出了“划分节点-分层耦合”的传热计算模型，计算了其辐射散热特性，并以JIMO(木星冰卫星轨道器)空间探测任务为背景，对散热系统整体进行了性能分析与对比。结论如下：为提升单块辐射板以及系统整体的散热性能，除可通过增加NaK⁷⁸入口温度途径外，还可采用增大NaK⁷⁸循环流量的方法；对于单块辐射板而言，散热面积固定情况下当NaK⁷⁸流量由1 kg/s增加至10 kg/s,辐射板散热量可增大14.14%,而对于系统整体而言，散热量固定工况下当NaK⁷⁸流量由1 kg/s增加至10 kg/s,所需辐射板总面积可减小67.73%;为提高系统循环流量，可采用“串-并联”相结合的辐射板连接方式实现；JIMO散热系统采用新型辐射板结构，散热总面积最大可减小59.06%,散热板总质量最大可减小4.24%,新型散热板结构具有一定的高效与轻质性。研究结果对空间堆电源系统热管式辐射散热器设计具有指导意义。     

核动力深空探测器现状及发展研究

深空探测中,由于无法使用太阳能或者太阳能的利用效率太低,需要使用空间核电源。当前用于月球表面、火星表面、木星及以远的飞行任务中的核动力深空探测器,均利用的同位素核源衰变能,包括同位素热源用于温度控制和采用温差发电用于供电。研究中的深空探测核动力应用包括月球基地、载人火星飞行、无人探测、使用核反应堆裂变能等。空间裂变电源的反应堆包括液态金属冷却堆和气冷堆两种方式,前者支持温差、斯特林和布雷顿发电,后者支持布雷顿和磁流体发电。近期开始探索研究核聚变深空探测器。纵观核动力深空探测器的发展历程,同位素电源依然在深空探测中发挥着重要作用,大功率空间核电源结合电推进将成为未来深空探测的重要关注方向。     

串联型MPPT空间电源系统稳定性技术

串联型最大功率点跟踪(MPPT)空间电源系统存在母线电压振荡或跌落等不稳定现象,文章以MPPT不调节母线电源拓扑为研究对象,建立了系统等效电路模型,通过小信号等效分析、状态空间方程特征根求解等手段,分别对MPPT控制域及电压控制域下电源系统的稳定性进行了分析.结果表明,在太阳电池阵及阵列功率调节器特性曲线一定的条件下,通过对二者间电感、电容参数合理配置,可以保证系统稳定.在MATLAB/SIMULINK中搭建了串联型MPPT不调节母线电源系统仿真模型并进行实例仿真,仿真结果验证了理论分析的正确性.     

小天体探测器电源系统方案设计及仿真

研究了小天体探测器在深空特殊环境下电源系统所面对的问题,提出了全调节母线能量直接传递的电源系统方案。根据探测器的轨道特性,分析了探测器在飞行过程中环境条件和不同负载等对电源系统的影响,考虑光照条件和峰值功率之间的关系,基于能量平衡的原理,对探测器的电源系统进行分析、设计。最后,通过数学仿真验证了方案设计的合理性。     

美国拟发展100千瓦的空间核反应堆

去年12月,国防高级研究规划局和航宇局决定共同招标研制100千瓦的空间核反应堆,以便为美国的侦察卫星提供大功率电源。尽管它们还没有和能源部达成一项三家一致的协议。航宇局和高级研究规划局称这项计划为先进的空间能源技术计划(TASP),而能源部却说该计划的名字不叫TASP,而是叫SP-100。去年6月,喷气推进实验室和洛斯阿拉莫斯实验室完成了空     

美国空间核动力斯特林电源系统技术发展分析

正随着航天技术的不断发展,世界各航天大国均加快了远距离航天任务的规划与部署,这些航天任务航行距离远、持续时间长,所处空间环境恶劣,需要使用空间核动力供电系统。空间核动力斯特林电源系统是一种采用动态斯特林热电能量转换技术的核动力电源系统,主要由核热源、活塞式斯特林发电器和控制器等部件组成,具有长寿命、高功率、高热电转换效率、组合方式灵活等优点,在深空探测、星表登陆等航天任务的供电需求中具有较高的发展潜力和竞争力。目前,仅美国开展过大量的空间核动力斯特林电源系统的设计与技术研究工作,其最早的研发工作可追溯到20世纪70年代,已取得大量的阶段性成果。     

相变材料容器的瞬态热分析

空间太阳能热动力发电系统是很有前途的空间电源系统。基于微重力状态下的导热控制微分方程，采用焓法对相变材料容器进行了二维数值分析，改进了以往的模拟计算，对计算结果给予了讨论。     

一九八三年空间电源系统的成就

无论美国航宇局制定的空间站计划,还是美国空军制定的各种高功率应用计划,都要求继续推动空间电源系统的研制工作。一九八三年空间电源系统取得了如下成就。1.光电池与电池阵不论低轨道的空间站还是以空间为基地的防务系统,都要求加速空间光电系统的研     

空间同位素热/电源安全性技术指标体系框架研究

基于我国空间同位素热/电源使用环境特点,借鉴国外空间同热/电源安全认证的研究成果,通过对空间同位素热/电源应用环境剖面的分析,开展了空间同位素热/电源安全技术指标体系框架研究,建立了覆盖同位素热/电源产品研制、地面贮存/运输、发射准备、发射、在轨运行及废弃处置等全生命周期的正常和事故环境下的安全性技术指标体系,提出四大类型29项可考核技术指标,可作为空间同位素热/电源研制和安全性使用评价工作的主要依据,为解决我国使用空间同位素热/电源缺乏安全认证体系和安全性验证技术指标问题提供参考。     

空间探测用半导体温差发电系统

核热半导体温差发电器是目前空间探测器常用的电源系统,特别是对于那些远离太阳的空间探测器,这种装置是目前唯一实用的供电系统。它作为空间探测器不可缺少的关键部分,以及在可以预见的未来空间探测中起着的重要作用,一直是美国航空航天局(NASA)空间计划中的一个重要研究项目。文章将介绍这种电源系统的基本结构、主要特点及其应用。     

一种空间燃料电池电源系统设计与实现

面向空间应用,依据某航天器任务期间的功耗需求,采用燃料电池和蓄电池的架构,对1kW燃料电池电源系统的设计与实现进行研究。构建了1kW燃料电池电源系统仿真模型,对系统设计原理进行了仿真验证,并研制了1kW燃料电池电源系统样机,对系统典型的负载阶跃工况进行了试验测试。试验测试结果表明,1kW燃料电池电源系统在半载阶跃变化时,母线电压波动小于5V,调节时间小于25μs;整个运行过程系统工作正常稳定,能够满足航天器空间应用需求。     

高温热管技术研究进展与展望

高温热管的工作温度高,传热性能好,在高超声速飞行器热防护、空间核反应堆冷却、太阳能利用等方面具有广阔的应用前景。报告了高温热管技术的研究现状,包括高温热管的冷冻启动特性研究、传热性能研究、试验研究、数值分析研究;介绍了放置倾角、工质物性参数、工质充装量、不凝气体含量、材料、结构和尺寸等因素对高温热管启动和传热性能的影响规律,以及高温热管技术在高超声速飞行器热防护、空间核反应堆冷却、太阳能利用等方面的应用研究等;指出了高温热管数值分析模型和工程应用验证等一系列有待深化研究的方向;提出了进一步深入研究高温热管技术的详细建议。     

直流电源输出阻抗测量技术

直流电源输出阻抗是新的特性参数,一些电源产品开始把它列入技术指标手册中。本文分析了电源阻抗的定义,总结了电源阻抗的特点,综述了当前电源阻抗测量技术的现状,提出了基于数字电桥的一种测量方法,提出了直流电源阻抗测量中的技术难点和尚待解决的技术问题。