航天器电源控制器工艺改进的技术研究
陈德华 吴小龙 李进 揣宜今 王胜佳
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陈德华 吴小龙 李进 揣宜今 王胜佳,. 航天器电源控制器工艺改进的技术研究[J]. 航空航天学报,20246. DOI:10.12721/ccn.2024.157051.
摘要: 航天器电源是航天器的一个重要系统。航天器电源是航天器电能的主要来源,航天器电源控制器也就显得格外重要。航天器在日常的工作中非常依赖于电能,并且航天员的日常生活中也需要使用电的,所以说保证航天器的电能的正常供应对于航天器和航天员来说是尤为重要的。本文就航天器电源控制器工艺改进的技术研究做出简要概述。
关键词: 电源控制器;工艺改进;技术研究
DOI:10.12721/ccn.2024.157051
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引言

一、航天器电源技术发展现状

1、 国内航天器电源技术发展现状

国内空间航天器电源技术和国外现在已经旗鼓相当,我国目前常用的几种空间太阳电池有高效硅电池、砷化镓电池和薄膜电池。这几种电池已经充分运用到航天器中,同时我国在太阳电池领域现在也有了大量的投入,目的是为了在太阳电池领域领先其它国家。

同时国内镉镍蓄电池组和氢镍蓄电池组已经成熟应用在航天电源适配器上,最近几年锂离子蓄电池也在多颗卫星上在轨应用,这也体现出我国在航天领域的投入。在电源控制技术方面,国内有线性分流调节技术、开关PWM分流调节技术、S4R调节技术、最大功率点跟踪技术的相关产品。

2、 国外航天器电源技术发展现状

2010年,NASA针对未来20年空间探测任务做出了具体的规划。其中国外现在也致力于各个行星的探索,近年来随着我国在月球和火星探测的不断成功。国外也开始想超越我国的航天事业,目前也在围绕月球和火星的进行更深层次的探索。

在需要进行更深层次的探索时,那么航天器就需要适应更极端恶劣的环境,同时航天器的各个器件尤其是电力控制系统更需要加强。并且也尽量让航天器在过高的温度和过低的温度能够稳定运行并且不过早的不能正常运行。

二、航天电源的种类

1、太阳电池阵

太阳电池阵经历了三个阶段,第一个阶段是体装式太阳电池阵,它主要应用在微小卫星上。第二个阶段是刚性展开式太阳电池阵,它主要应用在绝大部分探测卫星。第三个阶段是柔性展开式太阳电池阵,它主要应用在空间站和火星探测器上。

2、化学电池

总所周知在化学方面电池可以分为原电池、二次电池和燃料电池。航天器所使用的化学电池其实也是这三种。近年来随着锂电池的优点不断突出,具有充电的速度快、锂电池的电能不造成大量的浪费、锂电池的寿命长的特点,因为锂电池有这些优点,我国也将锂电池运用在航天器上。所以从这个方面来看锂电池逐渐在我国航天领域航天器的电源方面逐渐占有主要地位。

3、电源控制器

电源控制器是太阳电池阵-蓄电池组联合电源供电系统的重要组成部分,目前国内外电源控制器可以分为三种。第一种是S3R拓扑结构,又叫顺序开关分流调节器。第二种是S4R拓扑结构,又叫顺序开关串联分流调节器。第三种是MPPT拓扑结构,也称最大功率跟踪。这三种电源控制器就目前阶段来说,是控制航天器电源的主要电源控制器,全世界的航天器上关于电源的控制器上差不多使用的这三种电源控制器。如果我们要进行更深层次的探索宇宙,那么就需要更尖端的技术来研发出来一个新的电源控制器,以此能保证航天器在宇宙中运行时能够保证它的稳定性。

4、核电源

空间探测器在远离太阳行星星际探索的过程中所接收的太阳辐射能通量和距离的平方成反比,航天器在探索深层次的宇宙中空核电源会把放射性同位素进行核裂变、衰变等过程产生电能进而来维持航天器的日常运行。使用这种核电源依赖于太阳辐射能具有一定的优点,摆脱了传统电池的那些不利之处,同时还具有寿命长、不受太阳光的影响的优点,非常适合做深层探索的任务。

三、基于智能功率单元的航天器电源系统

1、可软件定义的智能功率单元

智能功率单元是一种标准的功率转换器,其中包含了传统的APR模块和BCDR模块的功能,实现光伏电池以及其他的各种电池的接入。智能功率单元包括标准变换电路、采样单元、智能控制单元和驱动单元。智能功率单元能够进一步的优化电源的控制系统,使得电源的控制系统能够将之前的缺点改善掉使得电源控制系统达到极致。

2、智能功率单元的航天器电源系统优势

智能功率单元的航天器电源系统优势可以分为四个方面。第一是灵活、可重构的积木式电源系统结构;第二是可柔性设计和软件定义的功率单元;第三是智能化的多能源协同控制与能量管理;第四是标准化的航天器分布式电源架构规范运行体系。

从以上四个方面我们可以看出智能功率单元的航天器电源系统与传统的电源控制系统相比优势比较突出,同时在电源控制方面比以往的更加准确,出错的几率也大大降低。所以说现阶段研究智能功率单元的航天器电源系统是极为重要

四、结语:

随着我国航空领域的不断发展,如今嫦娥系列也逐步完善,以往的登月也不再是像神话故事中的那样了,现在我们已经是实现了这个原来认为不可能的事情。目前我国探测宇宙的脚步不会停下,并且还会去挑战更深层次的宇宙,但是我国如今的航空技术水平远远达不到这种水平,所以说现如今我们只有不断完善航天器的各种性能,在原有的设备上不断改进以此来达到我们现阶段航天器对电源控制系统以及其他性能最新的标准,同时更高的功率、更高的效率和较小的体积,更长的寿命、更低的成本都是我们要尽力满足的,这些要求如果能实现,我国的航天事业将会更上一层楼。

参考文献

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