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新闻动态
【小卫星技术介绍系列文章】卫星供血“心脏”电源系统(五)
作者:        发布时间:2020-05-11        点击数:


小卫星技术介绍系列文章

卫星供血“心脏”电源系统(五)



 

前言


 


   

小卫星已经具备较为成熟的技术体系,以其研制成本低、发射成本低等特点,成为各类有效载荷快速入轨的优先选择。小卫星类型广泛,包括光学遥感卫星、合成孔径雷达(SAR)卫星、通信卫星、空间环境探测卫星以及其他科学探测卫星等,小卫星技术在国计民生、国防安全等领域正逐渐发挥更大作用。

“小卫星技术介绍”系列文章将系统介绍卫星各分系统及相关技术,涵盖电源分系统、综合电子学分系统、有效载荷分系统、姿态和轨道控制分系统、结构分系统、热控分系统、测控和数传分系统、AIT等,多期连载发布,力求从功能组成、技术原理以及发展趋势等方面进行介绍,同时结合航天技术资讯,加深读者对文章的理解。系列文章旨在通过对小卫星各分系统及相关技术专项介绍,帮助读者快速了解小卫星系统组成、基本工作原理和AIT技术环节等,掌握小卫星研制相关的技术通识。


   


       

       

       

       

前面文章介绍了卫星电源系统各个组成部分,这些基本能够满足目前卫星对电源系统的需求。但是随着科学技术的发展和时代的变迁,宇航界提出了太阳能发电卫星的重大工程设想,作者也将其归属于电源系统来进行介绍。

1968年,美国科学家彼得-格拉赛提出了空间太阳能电站的概念,这个概念很简单,就是在空间收集太阳能并转化成电能,然后通过无线方式传输到地面使用。这种空间太阳能电站要放到了地球同步轨道上,在此空间电站将与地面保持相对静止,可以实现对地面的定点传输。另外,空间太阳能电力要送到地面,其核心技术是无线能量传输技术,目前是利用微波或者激光,将电力从空间输送到地面,经过一系列处理后送到电网之中。虽然空间太阳能电站的概念很早就提出了,但是目前各国还在研制阶段,还没有在轨工作。

空间太阳能电站目前有两个研究方向。第一种是平台式,也就是直接用平铺开的太阳能电池板接收阳光,这样看起来最方便。不过,电站在地球同步轨道上每天都要相对太阳转一圈,所以电池板也要每天转动360°,以保证它始终面对太阳。而另一方面,对于电力传输的部分来说,它又要一直对着地面上的接收站不动,所以要想实现这样的功能,就需要超大功率的导电转动关节,这会带来非常大的技术难度。

为了避免这个难题,人们想到了第二个方案,这就是聚光型的发电方式,在这一方案中,发电站不动。通过二次反射镜,也就是利用两个巨大的反射镜,把阳光反射到中间,再反射到太阳能电池板上。在这里,只要相对独立的聚光系统跟着太阳转动就行了,而电池板和能量传输系统则保持不动。不过,这么大面积的光学系统在设计上,也是很有难度的。

最近,我国首个空间太阳能电站实验基地在启动,该基地建成后开展的基础性实验和应用研究,将对我国今后建设空间太阳能电站产生重大意义,将来会有太阳能电站卫星为地面提供电能。

空间卫星电源系统发展趋势,除了之前提到的空间太阳能电站外,改进、完善和提高现有空间电源仍然是最重要的方向。空间电源系统的主要的发展方向如下:

1)采用更高效率的多节砷化镓太阳电池替代现有的低效砷化镓电池;

2)采用聚光太阳电池或带反射镜的太阳电池阵,以提高太阳电池阵的功率;

3)发展大面积折叠式太阳电池阵和柔性太阳电池阵,提高太阳电池阵的比功率;

4)发展空间组装技术,由航天飞机将太阳电池阵和其他电源装配分批送至空间站进行组装,以获得超大面积的太阳电池阵和超高功率的电源系统。

5)采用锂离子电容代替锂离子电池,以提高电源系统储能设备的可靠性和寿命;

6)采用人工智能技术,更有效地控制和管理电源系统;

7)采用模块化设计,模块的类型和数量具有灵活性,可根据不同的卫星任务要求,组成功能不同的电源系统;

8)采用数字化控制,提高电源控制设备和电源变换器的控制精度和检测精度,使电源变换器效率提高到90%以上;

9)开发大功率、长寿命核反应堆电源,这方面主要致力于研究和开发布雷登循环、朗肯循环和斯特林循环,作为热电转换装置与核能匹配组成核反应堆动力电源系统。

通过前面的多篇介绍,相信大家已经了解了卫星电源系统的设计和未来发展方向,就是希望卫星的“心脏”能够在天上工作得更稳定、更可靠、更长寿,为卫星的业务运行提供最基础的保障。


       

       

       

       

关于我们


 

2019年5月,bet365 가상 축구获准设立空间天文物理融合研究中心。该中心是bet365 가상 축구空间科学研究院在一校三地战略指引下积极筹建的空间科技学科集群与空天探测学科交叉大平台的重要组成部分。

通过成建制引进,中心已组建起“小卫星技术与空间态势感知”核心团队,正在小卫星设计和部分空间探测载荷关键技术方面聚力攻关,以掌握探测设备关键技术,搭建天地一体化空间环境探测系统,实现学科建设重大突破,提升我校空间科学与技术学科学术竞争力。

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