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。     

美国“千瓦电源”空间核裂变反应堆技术现状与发展

正随着太空探索的深入和持续时间的延长,提供比以往任何时候都更耐用、更有弹性、更可靠的能源是至关重要的。小型空间核裂变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,在深空探测等航天任务中将具有广阔的应用前景。美国国家航空航天局(NASA)将采用1～10k W"斯特林"(Stirling)能量转换方式的核裂变发电技术列为其新版技术路线图中重点发展的方向之一,其目前主攻开发的10k W级"千瓦电源"(Kilopower)反应堆系统代表着当前国际上"斯特林"发电技术领域最先进的发展水平。     

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。     

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。     

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。     

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。     

伺服动力电源技术发展概述

近年来,机电伺服系统在航空、航天领域得到了广泛应用,逐渐形成了新的推力矢量控制和舵面控制实现方式,并推动了伺服动力电源的多样性发展。研究了国外运载火箭、导弹及飞机伺服动力电源技术的发展现状,梳理了各类场景中伺服动力电源的应用特点及未来需求,对比了常见的热电池、锌银电池、锂离子电池及涡轮发电等各类伺服动力电源的技术特点,并提出了高电压、高比功率、高比容量（新型电池,涡轮发电）、一体化/智能化/高可靠等伺服动力电源技术的未来发展方向。     

SPR生物传感器在生命科学及在航天医学中的应用

表面等离子体共振生物传感器在分析生物分子相互作用方面，具有灵敏度高、实时在线、简单快捷和抗干扰能力强等优点，被广泛应用于临床检验、药物筛选等研究领域；因其能满足空间特殊环境下的使用要求，在航天医学领域具有广阔的应用前景．本文综述了表面等离子体共振生物传感器的原理、特点、在生命科学研究中的应用及在航天医学中的应用前景．     

空间用固态限流保护电路的小型化设计与实现

设计了一款采用指令控制模式且具有通断指示和限流保护调节功能的固态限流保护电路,可替代空间电源母线中的熔断器,用于浪涌电流抑制和负载过流保护。为满足产品的小型化设计需求,电路采用厚膜工艺布局布线,微组装技术生产制造。通过电路仿真、版图设计及应用测试,电路性能满足设计要求,且产品尺寸仅为25mm×23mm×55mm,在小型化设计方面具有显著优势,作为新兴的固态配电保护产品在空间供配电系统中具有良好的应用前景。     

面向深空探测的电磁帆推进技术研究进展

电磁帆是一类利用太阳风驱动的无工质或少工质新型推进技术,在需要推力器长时间工作的深空探测任务中具有非常广阔的应用前景。首先介绍了电磁帆的基本概念和主要分类,其次分别介绍了电帆、纯磁帆和磁等离子体帆三类推进方式的系统组成和工作原理,重点介绍了各自的研究现状,并梳理出了相关关键技术,同时介绍了等离子体磁罩技术。最后对电磁帆推进技术研究进展进行了总结,为国内开展此方面研究提供了研究方向和发展思路。     

磁等离子体推力器工作机理与应用前景研究

研究了发动机能量输入、工质电离、等离子体加速及能量转换过程及机理,同时分析了磁等离子体推力器在空间推进任务中的应用前景.研究表明磁等离子体推力器主要利用电磁力加速和磁喷管的能量转换作用来实现加速,这种方式在大功率条件下,能够获得大推力、高功率和较长工作时间,在大功率轨道航天器和深空任务中有广阔的应用前景.     

我国航天运输系统成就与展望

我国运载火箭起步于20世纪60年代,经过半个世纪的发展,共经历了5个阶段,研制了4代17种运载火箭。具备发射低、中、高不同轨道,不同有效载荷的能力。本文对我国航天运输系统发展历程和成就进行了总结,并基于发展成果和未来发展需求,对航天运输系统未来发展规划进行了展望。     

大功率电推进电源处理单元技术

电推进作为一种先进的推进技术,其发射质量轻、比冲高,可以降低发射成本。高压电源是电源处理单元（PPU）的主要功率来源,是大功率、高效PPU设计的重点。新型电力电子技术的应用,将对未来地球同步轨道（GEO）通信卫星和深空探测的发展产生重要影响。本文以5kW等级PPU为研究对象,主要介绍大功率电推进技术的现状与发展,从电力电子的拓扑、器件和控制方法3个角度分析了大功率、高效PPU技术发展的特点与前景,为中国研制大功率PPU高压电源提供参考。      

基于VPX架构的遥测采集平台设计

当今世界各航天大国都在大力发展航天测控通信技术,但现有测控设备间连接关系复杂,不利于系统小型化、低功耗设计,很难满足新型飞行器的设计需要。针对现阶段测控通信系统提出的一体化、小型化,高可靠性等要求,对VPX总线架构进行研究,并应用于遥测采集平台设计。提出了基于VPX架构的遥测采集平台设计方案,经试验验证,可满足目前测控通信系统提出的小体积、高速率以及高可靠性共存的设计需求,在航天领域具有广阔的发展前景。     

无缆飞行器的电能和信息一体化无线传输技术研究

针对航天飞行器电气设备间连接电缆网复杂沉重的问题,提出了一种面向无缆飞行器的电能和信息一体化无线传输技术方案,该方案能够实现飞行器舱内仪器设备间无线互联和器地间的无线互联;分析了其在飞行器型号工程应用所面临的关键技术,并阐述了其应用前景,为未来航天飞行器电气系统的快速集成设计提供了新的思路和解决途径。     

无缆飞行器的电能和信息一体化无线传输技术研究

针对航天飞行器电气设备间连接电缆网复杂沉重的问题，提出了一种面向无缆飞行器的电能和信息一体化无线传输技术方案，该方案能够实现飞行器舱内仪器设备间无线互联和器地间的无线互联；分析了其在飞行器型号工程应用所面临的关键技术，并阐述了其应用前景，为未来航天飞行器电气系统的快速集成设计提供了新的思路和解决途径。     

金属氢化物热泵及其在载人航天生保系统中的应用

介绍了金属氢化物热泵系统的工作原理和研究现状，分析了该系统在载入航天生命保障系统，特别是出舱航天服生命保障系统中应用的可能性，着重从系统体积，重量、物质消耗，再生时间和技术成熟度等方面比较了水升华器，相变储热，金属氢化物热泵等几种冷源各自的优缺点，说明了金属氢化物热泵系统在载入航天生命保障系统中应用的巨大潜力和需要研究的关键性技术问题。     

非合作失效航天器绳系拖曳系统研究

空间碎片的不断增加给人类航天活动的开展和在轨资产的安全造成严重威胁。在已经提出的多种空间碎片主动清除方式中,绳系拖曳（tethered space tug,TST）系统因有较好的应用前景而受到广泛关注。部分失效航天器因星上器件损坏且姿态控制系统异常,始终将姿态维持在某一特定指向,针对此类具有典型的非合作特征的大型空间碎片,开展绳系拖曳动力学与控制研究。将拖船和目标均视作刚体,用牛顿法建立了TST系统的动力学模型;根据目标姿态稳定方式分为自旋稳定和三轴稳定两种情况,开展了绳系拖曳动力学分析与控制设计,并考察了系绳在失效航天器表面连接点位置对系统稳定状态的影响。仿真结果表明,拖船和失效航天器会在系绳连接下表现出抗衡特点,最终系统会稳定在不同的均衡状态附近。此研究为安全清除尚有残余姿态控制能力的失效航天器中相关拖曳动力学与控制问题提供了参考。