月球科研站建设初期的能源系统设计

随着中俄关于合作建设国际月球科研站谅解备忘录的签署,月球科研站的建设已被正式提上日程。针对月球科研站建设初期,月面支持设备少,可靠性要求高,需具备后期扩展能力等任务特点,从母线体制设计、供电系统设计及配电系统设计出发,提出了一种双母线体制下基本构架一致,独有功能选配的能源系统设计方案,可适用于构建科研站基本型的所有航天器。同时对方案中需要突破的可靠性提升及关键性能提升这两大类技术进行分析,给出未来的研究方向,为后续月球科研站基本型建设过程中能源系统研究和设计提供了参考。     

一种柔性太阳电池阵电传输解决方案

柔性太阳电池阵由于其质量轻、收拢体积小、可重复展收等特点,具有极大的创新性和前瞻性,是目前和今后极具竞争力的太阳电池阵构型。针对目前柔性太阳电池阵收拢和折叠特性,传统电缆束和电连接器已经不再适用,急需寻找一种新型薄型结构电传输解决方案。提出了一种柔性电缆电传输方案,这种柔性电缆具有传输功率大、质量轻、收拢体积小、可折叠等特点,非常适合作为大面积、大功率的柔性太阳阵电传输的主方式,可为未来新型太阳电池阵的设计提供新方向、设计参考和技术支撑。     

平流层飞艇混合能源系统设计及能源管理研究

针对平流层飞艇能源分系统设计中的关键技术柔性薄膜太阳电池、再生燃料电池技术的发展开展了研究,并介绍了一种全新的平流层飞艇混合能源系统设计方案;分析了能源系统双母线拓扑结构设计的技术特点,重点讨论了太阳电池阵最大功率点跟踪技术和能源动态调度管理技术,并给出了能源动态调度优化算法。     

半刚性太阳电池阵抗力学环境设计与分析

介绍了半刚性太阳电池阵与刚性太阳电池阵在电路结构以及与基板安装方式上的本质区别,结合我国研制的半刚性三结砷化镓太阳电池阵,阐述了碳纤维框架+玻璃纤维网格基板的半刚性太阳电池阵电路的结构设计,包括电路结构中基本发电单元的组成,与半刚性基板的安装方式,电池电路对力学环境的适应能力。     

柔性太阳电池阵力学特性分析与试验研究

柔性太阳电池阵具有质量轻,刚度小,其受力特性与传统刚性太阳电池阵有很大区别。通过对柔性太阳电池电路发电单元的结构及力学特性分析,并借助于试验技术对柔性电池电路的力学特性进行研究,为柔性太阳电池阵的工程化应用起到积极的意义。     

月尘环境下太阳电池阵表面充电的数值模拟研究

为得到月尘环境下太阳电池阵表面充电特性,根据等效电路原理,结合月尘特殊环境以及太阳电池阵结构特点,建立了月尘环境下太阳电池阵表面充电模型,并分别在阴暗区和光照区两种不同环境下进行了表面充电数值模拟分析。研究结果表明,由于月球表面复杂的空间环境,不同区域、不同时间具有不同的空间环境,在等效电路数值模拟过程中,电路中各个等效元件的参数值会随着环境的改变而改变。月球日照区域,太阳电池阵表明电势最高可达到100 V。在阴暗区,由于电子的热运动速度远大于离子的热运动速度,太阳电池阵表面电势为-100~-2 000 V,极端条件下能够达到-5 000 V。该计算结果对月尘环境下太阳电池阵静电防护具有一定指导价值。     

一种太阳能无人机用MPPT控制器

太阳能无人机的能源系统由太阳电池阵、储能电池组、控制器以及配电器组成,由于安装太阳电池的飞机机翼外形为多曲面形状,安装于其上的太阳电池在同一时刻所受光照强度不同,这就造成不同子阵之间的电流不同,按照传统的方法直接互连达到指定电压,则太阳电池各个子阵之间必然发生工作点相互钳位问题造成系统发电能力降低,在太阳高度角较低的早晚时刻甚至造成能源系统失效。提出了一种升降压型MPPT控制器,该控制器由H桥式DC-DC电路组成,在输入端控制器实时追踪太阳电池的最大工作点,在输出端控制器根据外部电路情况通过升降压变换,使多模块之间实现工作点匹配,从而实现太阳电池阵功率的最大程度输出,提升能源系统发电效率,给出了控制器的追踪算法,控制逻辑,并对可行性进行了分析。     

半刚性太阳电池阵用隔离二极管热分析

介绍了半刚性太阳电池阵用二极管的功能、特点和所处力学环境,以及通过开展仿真分析结合试验验证的方式,获得了隔离二极管在轨的工作温度以及产品设计状态的合理性及适应性的情况。简述了半刚性太阳电池阵用二极管的基本结构、工作原理,详细进行了开展仿真分析的结果及数据,并对循环试验验证结果进行了说明。充分分析验证了半刚性太阳电池阵用二极管对热环境的适应性。     

单结砷化镓太阳电池阵遥测数据分析

太阳电池阵是航天器电源系统的重要组成部分,通过光生伏特效应将太阳光能转换为电能,满足卫星平台及有效载荷功率需求,同时为蓄电池充电,满足阴影期卫星功率需求.收集、整理了基于地球同步轨道(以下简称GEO轨道)运行的太阳电池阵的在轨遥测数据,并与地面测试和预计数据进行了比对,分析了预计结果与遥测值的符合性;同时还获得了应用于该平台的砷化镓太阳电池阵的在轨温度及进出影温度变化情况,并初步摸索出了太阳电池阵在GEO轨道辐照条件下的初期性能变化趋势.     

基于多峰峰值功率跟踪的月球车一次电源

由于月球上月尘、遮挡等造成太阳电池阵输出功率呈现多峰特性,此时传统的峰值功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT)失效。为提高功率利用率,需要跟踪全局最大功率。且月球车处于极度低温环境,需要放射性同位素温差发电器(radioisotope thermoelectric generator,RTG)为月球车提供电能和热能。综上,月球车一次电源系统由太阳电池阵-蓄电池组-放射性同位素温差发电器联合供电。仿真结果表明,太阳电池阵按照需要输出峰值功率,蓄电池组通过恒流恒压(CC-CV)充电,母线电压始终维持在42 V左右,各项功率、电流、电压输出都符合月球车供电要求。     

低轨三结砷化镓太阳电池阵遥测数据分析

针对采用三结砷化镓太阳电池阵作为主电源的低轨道卫星进行梳理,介绍了典型平台产品的技术状态。收集、整理了在轨运行时间最长的三结砷化镓太阳电池阵的在轨遥测数据,给出了其在轨温度变化曲线,分析了电性能输出及演化情况,为后续三结砷化镓太阳电池阵的应用提供了数据支持。     

临近空间飞行器能源系统设计与研究

比较了峰值功率跟踪技术相对于直接能量传递方式的优缺点和适用环境。概括了当前国内外对MPPT技术的研究和应用现状,详细介绍了MPPT能源系统的拓扑结构、跟踪太阳电池阵最大功率点的工作过程、软件和硬件电路设计与实现。最后对我国与国外的技术差距进行了总结,并提出了可行的研究方向。     

空间同位素热光伏转换技术研究现状

针对我国月球探测等深空任务在极端环境下对高效率、长寿命核电源发电技术的需求,基于热光伏转换技术效率高、静态工作稳定性好等技术特点,重点介绍了与通用标准热源GPHS相匹配的空间同位素热光伏式发电系统技术研究工作。结合未来可能的应用前景,调研了国际国内同位素热光伏发电领域的研究现状和最新进展,阐述了国内空间同位素热光伏转换发电技术研究的技术水平,力争为我国月球科研站等任务核电源新型发电技术的发展提供有益的参考。     

太阳电池阵样品等效电容的确定方法

在实验室进行的等离子体环境下的静电充放电试验中,由于条件的限制,一般使用的太阳电池阵样品只有几十平方厘米大小,可以通过选用增加等效电容的方法来模拟实际的太阳电池阵。分析了太阳电池阵静电充放电的基本原理。通过现象分析,确定了影响太阳电池阵充放电的几个电容因素,并对各个电容进行了分析,给出了等效电容的计算方法。分析表明,影响太阳电池阵充放电的电容因素主要有两个方面,一是影响一次放电的电容,主要是玻璃盖片的电容;另一个是影响二次放电的电容,电池串间的电容起主要作用。     

三结砷化镓太阳电池在中高轨道性能表现研究

对三颗在轨运行的中高轨道卫星的太阳电池阵发电电流数据进行了统计和处理,结合日地因子的变化评估了三结砷化镓太阳电池性能衰降情况,并通过曲线拟合的方法对后续直到寿命末期的性能衰降趋势进行了外推预测,表明太阳电池阵发电能力足够满足寿命末期功率需求。分析结果可作为后续三结砷化镓太阳电池阵设计参考,相关分析方法也可用于后续在轨卫星太阳电池阵性能评估。     

新一代大型GEO卫星电源系统综述

卫星电源系统是卫星产生、存储、变换、调节和分配电能的重要组成部分,为卫星平台及载荷提供全寿命期的能源,影响着卫星的可靠性、寿命及带载能力。对我国新一代大型GEO卫星电源系统-东方红五号卫星公用平台电源系统的电源控制器、太阳电池阵及储能电池组等重要组成部分进行介绍,并总结了该系统的技术特点、研究现状、发展趋势及深远意义。     

非晶硅太阳电池作为空间能源的性能特点

总结了非晶硅太阳电池在器件物理、制造工艺、大规模生产和应用方面所取得的重大进展。文章分析了非晶硅太阳电池作为空间能源系统技术上的主要优势;很高的质量比功率和可弯曲特性;极好的抗辐照性能;良好的高温性能;较高的空间效率和低的制造成本,这是其它太阳电池不具有的优势,使得非晶硅太阳电池能源系统在低成本通信卫星、平流层气球通讯平台,以及空间太阳能电站应用领域内具有较强的竞争力。     

太阳能无人机电源系统的发展现状与展望

阐述了太阳能无人机电源系统的特殊需求目标和设计要求,介绍了太阳能无人机电源系统的组成,主要部件的发展现状。对现有太阳电池、储能化学电池和电源控制系统的特点进行了梳理,并对未来临近空间应用的大型太阳能无人机电源系统面临的挑战进行了总结。提出未来太阳能无人机电源系统发电设备将围绕硅太阳电池阵和薄膜太阳电池阵为发展的热点方向,储能设备将由锂离子电池、锂硫电池和可再生燃料电池为研究重点,关键技术突破高效能、高可靠性、高环境适应性的临近空间无人机电源系统研究。     

III-V族化合物半导体整体多结级连太阳电池——光伏技术的新突破

从1954年第一只光电转换效率达到实际应用水平的硅太阳电池在美国贝尔实验室诞生起,光伏技术已有了50多年的发展历史。在上个世纪70年代引发的能源危机刺激下,在空间飞行器能源系统需求的牵引下,这一技术领域内不断取得重要技术突破。晶体硅太阳电池、非晶硅薄膜太阳电池、Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳电池、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体多晶薄膜太阳电池等,越来越多的太阳电池技术日趋成熟。     

微小卫星早期太阳电池阵功率衰减估计

针对微小卫星入轨早期的太阳电池阵输出功率的衰减问题,在分析太阳电池阵输出电流影响因素的基础上,确定太阳入射角与日地距离为归一化参数,给出功率衰减估计模型,结合实际在轨数据进行不同归一化处理下的衰减估计。结果表明,入轨后太阳电池阵输出功率的快速衰减期约为15天,在此期间功率的日衰减因子约为-0.002,可应用于在轨航天器长期管理。