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。     

毫米波宽带低副瓣波导缝隙阵列天线设计

本文提出了一种毫米波宽带低副瓣波导缝隙阵列天线。该天线分为上下两层,利用下层的功分器和反相器使电磁波从上层的辐射波导的两端向中心进行馈电,激励12个非均匀波导缝隙辐射单元。该天线呈中心对称结构,结构紧凑,并使得天线的方向图具有稳定性。在辐射波导中引入二阶短路金属阶梯,并且阵列的辐射单元采用非连续的双层缝隙,拓展了天线的工作带宽。所提出的加载二阶金属阶梯双层缝隙阵列天线的阻抗带宽达到16.3%(35.35~41.55 GHz),峰值增益为16 dBi,工作频带内天线的增益下降低于2.5 dBi,副瓣电平低于-20 dB。     

面向空间太阳能电站应用的超大规模天线阵列模块尺寸与姿态偏差效应分析

空间太阳能电站微波能量传输需要具备超大规模的相控阵列波束形成和超高精度的波束指向控制能力。采用大尺寸的基本相控电单元能够缩减天线阵列规模和微波发射通道数目,从而显著降低微波能量发射系统的构造和组装成本。然而,相控单元的尺寸越大,对天线模块的结构刚性和姿态控制精度要求越高。基于天线阵列的结构化构型设计,提出超大规模回复反射阵列的结构模块和相控电单元的尺寸分析模型,推导得到结构模块姿态偏差、电单元尺寸要求和能量传输效率的近似关系及其解析表达式,可供作为空间太阳能电站微波传能天线阵列及其波束控制方案设计的参考依据。     

基于分布式星群的全相参雷达低副瓣波束形成设计方法

不同于地面稀布阵相参阵列雷达,分布式星群平台具有高速运动特性,相应地全相参合成效率受限于星间的空时频同步误差、波束指向误差等系统误差约束。提出了一种基于分布式星群的全相参雷达低副瓣波束形成设计方法。首先,从星群系统规模、星间安全距离、远场条件、探测链路等因素入手推导了有效探测距离区间。接着,给出了同步误差、波束指向误差以及卫星高速运动特性对全相参合成效率的定量影响评估方法。最后,利用空时频多维联合方法实现了低副瓣稳健波束形成,可有效增加无模糊视场范围,适用于实际星群规模有限的应用场景。仿真结果验证了所提算法的有效性。     

适用于更高温度环境卫星的复合材料太阳电池基板

介绍了美国J.霍普金斯大学应用物理实验室设计制造的适用于水星轨道卫星的复合材料太阳电池基板[1]。该项研究计划进行了很长时间,分别进行了设计分析、选材、工艺试验、产品试制和性能测试等工作。制成的沥青基碳纤维/氰酸酯复合材料太阳电池基板,可短期承受270℃高温,能够满足高温卫星空间环境的要求。     

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。     

倾斜轨道对地指向小卫星对日跟踪姿态控制算法

固定安装太阳电池阵形式的对地指向小卫星,运行在倾斜轨道时太阳电池阵光照条件恶劣,限制了小卫星的应用。文章研究了对地指向小卫星姿态跟踪控制,提出了控制算法。首先,对太阳电池阵法线和太阳方向矢量进行分析,得到最优的偏航角、偏航角速度和偏航角加速度。然后,基于卫星姿态动力学给出了3个互相垂直安装的反作用飞轮控制律,并利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环控制系统的渐近稳定性。以某小卫星为例,对控制算法进行验证,结果表明:文章提出的控制算法具有很好的实用性,控制律有效,能达到太阳电池阵跟踪太阳的效果。     

圆心松弛的圆环格点阵及其灵敏度优化研究

针对目前综合孔径辐射计圆环格点阵圆心位置固定,不能最大程度利用圆环中可布阵区域的问题,提出圆环格点阵圆心优化方法,在不增大布阵区域的前提下,增加了布阵自由度,为阵列性能进一步优化提供了基础。基于圆心松弛的圆环格点阵,提出一种满足给定无混叠视场范围和空间角分辨率要求的广义圆环格点阵设计方法。基于广义圆环格点阵,当给定阵元数时,依据阵列退化因子优化灵敏度。仿真结果表明:优化后的阵列具有更高的辐射测量灵敏度。     

考虑根铰间隙的空间框架展开机构动力学分析

利用Kane法多体动力学基本理论并考虑根铰间隙影响因素,建立适用于空间柔性太阳电池阵的多框架展开机构多体系统动力学模型,对框架展开机构的展开方式和展开过程进行仿真分析,获得了机构组成部件在展开过程中的几何位置、速度、加速度等动力学特性,分析了框架展开机构各个关节点运动特性、铰链间隙与外部驱动力的相互作用规律。结果表明：合理控制框架展开机构各运动部件的驱动力矩是保证框架按照确定规律展开的必要条件;根铰间隙对太阳电池阵框架展开机构角加速度影响较为明显,进而影响到展开框架展开过程的稳定性,对转角和角速度几乎没有影响;在进行空间太阳电池阵框架展开机构设计时应严格控制铰链轴间隙,并通过动力学仿真校核间隙对太阳电池阵展开过程的影响;研究结果为空间柔性太阳电池阵多模块框架展开机构设计提供指导。     

用于卫星模拟飞行测试的太阳电池阵动态模拟系统设计

现阶段卫星模拟飞行测试中,太阳电池阵模拟器(SAS)伏安特性曲线数目有限,无法连续动态模拟卫星在轨运行中太阳电池阵实际电能输出情况。为此,基于模拟飞行测试环境,设计太阳电池阵动态模拟系统。该动态模拟系统由电源、控制和测控等测试系统组成。为保证动态模拟系统的高时效性和精确性,对参数实时获取传递、曲线建模计算和功率输出等各环节开展分析。利用某卫星太阳电池阵对动态模拟系统设计进行验证,结果表明系统能精确模拟太阳电池阵伏安曲线和功率输出变化。将仿真结果与实际在轨卫星数据进行比较,结果显示系统可很好地模拟时变太阳电池阵输出特性,证明了动态模拟系统设计对太阳电池阵动态输出模拟的有效性。