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.     

三结砷化镓太阳电池真空连续激光损伤效应

采用1 315 nm波长连续激光,在真空环境下辐照三结砷化镓太阳电池,通过对比辐照前后电池IV、QE等表征数据,研究三结砷化镓太阳电池的损伤效应,并对其损伤机理进行分析。结果表明:当激光功率密度为8 W/cm~2、辐照时间为60 s时,三结砷化镓太阳电池辐照后电性能下降显著,转化效率衰降超过70%。损伤机理是在热损伤与应力损伤的综合作用下,引起电池串联电阻(R_s)、并联电阻(R_(sh))的恶化,且Rsh是衡量电池损坏的关键指标。该结果可以为三结砷化镓太阳电池在激光损伤机理与无线能量传输方面的研究提供一定的参考。     

天宫一号目标飞行器电源分系统设计

介绍了天宫一号（TG1）目标飞行器电源分系统的组成和主要技术指标。分析了国内在低轨飞行器上采用100V高压母线、大批量使用国产氢镍电池、三结砷化镓太阳电池片和半刚性基板等关键技术。回顾了电源分系统研制过程中高电压元器件体系建立、半刚性帆板力学及空间环境设计与验证、氢镍电池在轨寿命和可靠性研究,以及高压电源系统可靠性及安...     

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。     

等效位移损伤剂量法预测GaInP2/GaAs/Ge 三结电池在轨性能退化规律

文章首先在辐照条件下测试GaInP2/GaAs/Ge三结太阳电池的光谱响应,确定了三结电池在轨道带电粒子辐照条件下的损伤特征。通过试验获得了在不同粒子辐照条件下电池电性能退化规律,由此确定了高能电子与质子辐照对三结电池损伤的等效参数,建立了三结电池最大输出功率随位移损伤剂量的退化方程。在此基础上,以地球同步轨道服役的太阳电池为例,计算了电池在轨等效位移损伤剂量,并对三结电池的在轨服役行为进行了评价。     

InxGa1-xAs材料在多结空间太阳电池中的应用进展

In_xGa_(1-x)As材料具有独特的物理特性,可以通过调节In和Ga的组分来改变材料的带隙宽度Eg。该材料自进入多结空间太阳电池领域以来,就受到了广泛的关注。因此,In_xGa_(1-x)As材料有望成为未来多结空间太阳电池领域中的重要研究对象。本文首先介绍了InGaAs材料的生长工艺及其在多结空间太阳电池领域中的应用情况和研究现状,同时讨论了材料的外延生长工艺以获得高质量含InGaAs材料的多结太阳电池。此外,介绍了近年来InGaAs材料在高效多结空间太阳电池领域的研究进展,并对其抗辐照性能进行了简述。大量研究表明:InGaAs材料的使用可以进一步提升多结空间太阳电池的光电转换效率,达到提升卫星有效载荷的目的。     

一种深空探测器高比能智能电源系统设计

提出一种深空探测器电源系统设计方案,采用高转换效率三结砷化镓太阳电池、半刚性基板轻量化技术及高比能锂离子蓄电池组;提出并采用一种基于顺序开关分流(S3R)结构的扰动交错法最大功率点跟踪(MPPT)技术,提高了太阳能源利用率;提出并采用一种适应空间电源的机内测试技术(BIT),以提升电源自主管理能力。32%效率三结砷化镓太阳电池及其半刚性基板,已经通过鉴定试验验证。能量密度195W·h/kg的钴酸锂离子蓄电池组及MPPT和BIT技术,已经应用到国内航天器正样产品;经过验证,MPPT追踪速度为毫秒级,追踪精度可达98%。文章提出的设计可为深空探测器电源系统轻量化和电源能量自主管理需求提供解决途径。     

红蓝光敏探测器空间环境效应探测数据分析

红蓝光敏太阳电池空间环境效应探测器利用镓铟磷和三结砷化镓太阳电池来探测空间污染、原子氧和辐射环境及效应,搭载在中国空间技术研究院自主研制的“新技术验证一号”卫星上。文章通过分析红蓝光敏探测器在轨1年时间的探测数据,得到如下结论：红蓝光敏探测器污染电池板功率下降2.7%,等效污染累积增加量2.23×10^-5 g/cm^2,日均6×10^-8 g/cm^2;原子氧探测器在轨道高度499.226 km运行11个月,原子氧积分通量探测数据为9.7×10^20 AO/cm^2;辐射效应探测器（三结砷化镓太阳电池）在轨1年后累计接受辐射剂量（等效1 MeV电子注量）5.49×10^11 e/cm^2。     

火星表面环境对太阳电池阵设计影响分析与对策

通过调研与分析NASA火星表面探测任务获取的火星表面光照、温度、尘埃等数据,从光强、光谱、直射光与散射光等方面分析了火星表面光照条件对三结砷化镓太阳电池伏安特性的影响,以及火星尘埃对太阳电池输出功率的影响。从降低光谱失配和减小尘埃影响的角度,提出了火星光谱匹配太阳电池和太阳电池阵尘埃防护设计思路,以提升三结砷化镓太阳电池在火星表面的发电能力和生存能力,可为我国火星表面探测任务太阳电池阵优化设计提供参考。     

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。     

太阳电池阵EM板热真空试验电路故障测试技术

太阳电池阵EM板热真空试验是考核太阳电池板适应热真空环境能力的关键试验。试验中需要对电池阵的电路进行多循环长期检测。文章中采用对EM板输出负载电压进行实时高频（≥10Hz）采集,同时对每个循环、每天的测试数据进行对比的测试方法检测电池电路的短路和开路故障。某航天器太阳电池阵EM板热真空试验采用此测试方法及时发现了电池电路异常,并在对问题工艺进行改进后重新投产;新产品通过了第二次热真空试验的考核,且在轨工作正常,证明了该测试方法的有效性。     

国外一种太阳电池片聚光器的设计

在太阳翼结构上增加聚光器,通过提高太阳电池片的入射光强提高光电池片的效率是一种行之有效的方法。美国AEC公司为三结砷化镓太阳电池片设计了一种独特的聚光器,该设计可以简单装配在现存的太阳翼结构上,并较大地提高了太阳电池片的输出功率。该项设计在2002年已进入到实际应用阶段。本文对其基本构成作一介绍,希望引起国内相应行业的重视并最终能在国内的航天器上得到应用。     

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。     

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。     

空间用太阳电池红外干涉截止滤光技术研究

对太阳电池红外干涉截止滤光技术进行了研究。根据玻璃盖片透射率和反射率对电池性能的影响,提出了一种[LMHML]膜系红外截止滤光片设计构型。对制备的滤光片性能进行了测试,结果表明:采用该滤光技术可使硅太阳电池在轨工作温度降低5~10℃,输出功率增加1.4%~3.3%。     

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.     

空间柔性太阳电池阵发展现状及趋势

从3个方面分析空间柔性太阳电池阵的发展现状,包括折叠式、卷绕式柔性太阳电池阵总体构型的发展历程;铰接桁架式、折纸式、充气式、形状记忆材料、薄壁管状及圆周展开机构6种伸展机构的特点及应用情况;硅电池片、砷化镓电池片、柔性薄膜电池片及聚光太阳电池片等常用电池片材料性能的发展现状。指出面对未来空间柔性太阳电池阵大尺寸、高功率、模块化的发展需求,采用薄壁管状伸展臂及多结砷化镓薄膜电池片的卷绕式柔性太阳电池阵在质量、功率、收拢体积及成本上达成了较好的平衡,是未来的发展趋势,在此基础上,对未来空间柔性太阳电池阵重点研究方向进行了展望。     

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。     

砷化镓太阳电池表面高透光率吸波材料结构设计与性能研究

文章以卫星砷化镓太阳电池阵在X波段雷达波下的隐身性为研究背景,针对电池阵高透光率与其对电磁波高吸收率的兼容要求,选择碳纳米管薄膜材料建立人工亚波长吸波结构,通过调整其亚波长结构参数及碳纳米管薄膜材料的费米能级等参数,拓展吸波带宽。同时研究发现,在砷化镓太阳电池表面构建双层十字微结构,相比单层结构,材料的吸收带宽更宽,吸波体在8.2～10.3 GHz频率范围内反射率小于-10 dB,相对带宽达到23%。     

“新技术验证一号”卫星在轨污染探测数据分析

本文分析了"新技术验证一号"卫星搭载的空间污染效应探测器的在轨探测数据。该探测器是利用镓铟磷太阳电池在空间污染环境下的性能变化情况来分析空间污染环境及效应,根据其探测原理,通过分析卫星下传的原始数据及修正后数据,结合地面标定试验得到的污染沉积量和镓铟磷电池性能变化之间的关系式,分析探测器一年的探测数据。结果表明:我国航天器用材料放气筛选控制有效,满足卫星全过程污染控制的要求,而在硅氧烷类污染物控制方面,尚有提升的空间。该研究结果可以为太阳电池防护设计提供参考,同时可以和地面分析数据进行比对,检验和修正地面污染控制措施。