空间站能源系统并网供电技术研究

空间站结构复杂,通常由多个舱段组成,与飞船等飞行器进行交会对接后,各舱段和对接飞行器自有的能源系统可能会由于空间位置及相互遮挡等原因而无法满足自身供电需求,这就需要对舱体电源系统进行并网供电。文章论述了“天宫一号”目标飞行器与“神舟”飞船采用的并网供电方案,通过并联冗余及自动均流控制实现不同舱体间的功率传输;在此基础上,通过调研国外空间站并网供电技术,比较了空间飞行器组合体并网供电中的技术方案及特点,总结了目前空间站并网供电模式可采用的类型,最后提出了我国未来空间站并网供电可采取的方案。     

Inverse free steering law for small satellite attitude control and power tracking with VSCMGs

Recent developments in integrated power and attitude control systems (IPACSs) for small satellite, has opened a new dimension to more complex and demanding space missions. This paper presents a new inverse free steering approach for integrated power and attitude control systems using variable-speed single gimbal control moment gyroscope. The proposed inverse free steering law computes the VSCMG steering commands (gimbal rates and wheel accelerations) such that error signal (difference in command and output) in feedback loop is driven to zero. H_∞ norm optimization approach is employed to synthesize the static matrix elements of steering law for a static state of VSCMG. Later these matrix elements are suitably made dynamic in order for the adaptation. In order to improve the performance of proposed steering law while passing through a singular state of CMG cluster (no torque output), the matrix element of steering law is suitably modified. Therefore, this steering law is capable of escaping internal singularities and using the full momentum capacity of CMG cluster. Finally, two numerical examples for a satellite in a low earth orbit are simulated to test the proposed steering law.     

一种变频功率标准源的研制

目前,国内外变频功率标准源的输出电压电流范围普遍局限于1 000V/80A以内,且最低频率为10Hz左右,无法满足实际变频电量测量仪器计量检定的需要。大量程宽范围变频功率标准源的研制,可以完善变频电量量值溯源体系,从根本上改变了变频电量测量仪器无法溯源,检定校准无标准可依的局面。     

等离子体诊断中扫描电压源的研制

详细叙述了扫描电压源的硬件和软件组成,并通过采用PCI-6251数据采集卡、PA93功率放大电路和虚拟仪器软件LabVIEW及工控机相结合, 突破了关键技术,成功研制了一套扫描电压源并应用于等离子体诊断,使整个测试过程非常快, 可以在秒级的时间内完成, 相对于手动测试,该实验得到的数据更为精确, 实时获得了等离子体的伏安(I-V)特性曲线和数据处理结果。     

900m~3混响室及其声源的声学特性的工程研究

文章对900 m3混响室及其声源的声学特性进行了实验研究,并用工程方法测试计算了混响时间、声功率以及声源的频率特性,对一些实验结果进行了探讨。根据声压级的衰变量与时间的线性关系,利用突然断开声源的方法计算了混响时间,并由混响时间讨论了参考声源功率谱下混响室谱成形能力问题。分别以混响室法和近似行波场法测算了声功率,指出两种方法的区别与联系。利用近似行波场法,以白噪声信号驱动音头评估了其频率特性。通过实验数据分别探讨了混响室统计频率与号筒声损耗问题,提出“统计频率下限”与号筒声损耗的估算方法。该项工作还有待深入研究。     

载人航天器高压供配电安全性设计

文章通过分析载人航天器高压系统的设计难点,从系统层面自顶向下地提出了载人航天器系统高压安全控制措施并得到验证,实现了载人航天器供电、配电、用电系统的安全性设计规范化和在轨运行安全,为我国后续空间站平台奠定了电源系统技术基础。     

开放式电源模块损耗及散热的分析与优化

开放式电源模块作为模块电源的一个发展方向,其PCB铜层不仅作为导电线路,同时承担散热器作用。本文基于有源箝位正激拓扑,完善了开放式电源模块的损耗模型分析,给出磁件铁损和线路损耗的精确计算,引入随负载变化的温度系数,实现了全负载范围内对损耗特性的准确预计。在精确建模的基础上,综合考虑满载效率、空载损耗及散热要求,给出模块电源优化的系统思路,并结合18~36 V输入、5 V/150 W输出的指标,给出了开关频率、同步整流管并联只数、PCB铜厚影响的定量分析和具体优化方法。此外,结合损耗分析,通过对温升的估算给出过孔、敷铜面积、PCB层数的散热分析与优化设计。最后,样机实验验证了理论分析的正确性。     

非接触式超声泄漏检测系统设计及试验验证

非接触式超声泄漏检测方法在国外已应用于载人航天器在轨检漏。文章基于气体泄漏超声产生机理及声压与泄漏量的关系,搭建了一套超声泄漏检测系统,研究了泄漏判断及漏孔评估算法,并进行了综合试验测试。结果表明,该方法能有效地对泄漏是否发生进行判断,并可粗略评估泄漏量的大小和漏孔直径,为我国空间站密封舱在轨泄漏检测提供参考。     

可再生燃料电池系统在空间电源中的应用研究

概述了可再生燃料电池的工作原理和特性;介绍了国外可再生燃料电池的空间应用,在"太阳神"无人机和平流层飞艇上的设计验证经验,以及国内的技术发展水平;分析了可再生燃料电池系统应用于空间电源所要解决的系统优化设计、电解器和燃料电池的高性能及安全性设计、功率控制器的集成化设计、氢气/氧气的空间储存及后处理等关键技术;提出了用于空间电源的可再生燃料电池系统初步设计方案,对系统的组成和工作流程、各子系统的功能和设计方式进行了论述,可为我国未来的新型航天器电源系统设计提供参考。     

太阳能无人机能源系统的多维耦合建模

针对太阳能无人机能源系统建模的耦合性考虑不足、能量流动过程描述不全面等问题,将外部大气环境、无人机的姿态角度等不同维度下影响能源系统运行的多个因素纳入到建模过程中,先后给出了非均质大气环境模型、无人机运动模型、电机模型、减速器模型、螺旋桨模型、光伏电池模型和蓄电池模型的建立过程,并建立了各模型间的耦合关系,得到反映非均质大气环境下、动态飞行行为的太阳能无人机中能量流动的耦合模型。仿真结果表明：该模型可以完整的描述外部大气环境和无人机飞行姿态对无人机发电功率以及动力负荷功率的影响等耦合作用,适合用于仿真分析和地面半实物仿真平台的搭建。