验证太阳电池阵低轨等离子体环境防护技术的在轨暴露试验件

摘要

本发明提供了一种验证太阳电池阵低轨等离子体环境防护技术的在轨暴露试验件，本发明太阳电池阵采用与空间相同状态的太阳电池片，布片状态为30P30S，太阳电池阵串间电压和串间电流与空间站柔性太阳电池翼太阳电池阵的保持一致。太阳电池阵并联T型补偿电容阵，以模拟空间站柔性太阳电池翼整翼电容状态。太阳电池阵的负端通过高阻接舱体地产生负偏压，使用预设阻值的电阻作为负载模拟太阳电池阵在轨工作状态，采集采样电阻上的电压U0，通过模拟量遥测通道下传，根据遥测参数判断试验件在轨运行状态，以验证空间站太阳电池阵材料、工艺及等离子体防护技术的有效性，使得在可达到技术验证目的的同时，节约了资源和成本。

权利要求

1.一种验证太阳电池阵低轨等离子体环境防护技术的在轨暴露试验件，其特征在于，包括：

基板和设置于基板上的电池电路，所述电池电路包括太阳电池阵和补偿采集电路，所述太阳电池阵采用与空间站相同状态的太阳电池片，布片状态为3P30S，太阳电池阵的串间电压和串间电流与空间站柔性太阳电池翼太阳电池阵的保持一致，太阳电池阵的负端通过高阻接舱体地产生负偏压;所述补偿采集电路使用与太阳电池阵并联的T型补偿电容阵，用于模拟空间站柔性太阳电池翼整翼电容状态，使用预设阻值的电阻作为负载模拟太阳电池阵在轨工作状态，使用采样电阻输出其两端的采样电压U0并通过电连接器传输;所述基板由刚性基板上面粘贴柔性面板构成，柔性面板状态和空间站柔性基板相同;

所述电池电路还包括电连接器、电容阵、接地电阻、功率电阻和采样电阻，构成补偿采集电路。

2.如权利要求1所述的验证太阳电池阵低轨等离子体环境防护技术的在轨暴露试验件，其特征在于，所述柔性面板为多层结构，依次包括硅烷化镀层、第一KAPTON薄膜层、第一胶粘剂层、玻璃纤维面增强数脂基复合材料层、第二胶粘剂层和第二KAPTON薄膜层。

3.如权利要求2所述的验证太阳电池阵低轨等离子体环境防护技术的在轨暴露试验件，其特征在于，所述硅烷化镀层的远离相邻的所述第一KAPTON薄膜层的一面为贴太阳电池阵面。

4.如权利要求2所述的验证太阳电池阵低轨等离子体环境防护技术的在轨暴露试验件，其特征在于，所述第一和第二胶粘剂层采用FK-01胶粘剂。

5.如权利要求2所述的验证太阳电池阵低轨等离子体环境防护技术的在轨暴露试验件，其特征在于，所述第一和第二KAPTON薄膜层含树脂SP120N。

6.如权利要求1所述的验证太阳电池阵低轨等离子体环境防护技术的在轨暴露试验件，其特征在于，所述太阳电池阵背面电路为采样电路，用于将太阳电池阵在轨工作电压通过所述采样电阻进行分压输出。

说明书

验证太阳电池阵低轨等离子体环境防护技术的在轨暴露试

验件

技术领域

[0001] 本发明涉及一种验证太阳电池阵低轨等离子体环境防护技术的在轨暴露试验件。

背景技术

[0002] 太阳电池阵等离子体防护技术是航天器太阳电池阵设计不可或缺的。特别对低轨大功率高压太阳电池阵，由于其暴露在密稠等离子体环境中，太阳阵串间易发生持续的弧光放电，严重的可能导致太阳电池阵输出功率损失或完全失效。

[0003] 根据我国载人航天发展三步走的战略规划，在第三阶段，我国将建造长期有人驻留的空间站。为了提高功率比，减少电能传输的损耗，电源系统将采用大面积柔性高压太阳电池阵。空间站运行于高度340～450km的近地轨道，该轨道空间等离子体密度可达约2.8×1012/m3，等离子体温度可达约1.4×103K，太阳电池阵长期运行在此环境中，受等离子体环境长期影响比较严重。根据载人航天工程交会对接任务研制期间对该环境的认识，大型高压太阳电池阵在该轨道的等离子体防护措施显得更为重要。

[0004] 国际上已有的几次等离子体防护飞行试验，分别为日本SFU的高压太阳电池阵试验，美国空军的PASP PLUS试验和NASA的SAMPLE试验等。SFU采用全尺寸模型方式，PASP PLUS试验和NASA的SAMPLE均采用小尺寸模拟。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种验证太阳电池阵低轨等离子体环境防护技术的在轨暴露试验件，能够保证空间站柔性太阳电池阵在轨高可靠、长寿命。

[0006] 为解决上述问题，本发明提供一种验证太阳电池阵低轨等离子体环境防护技术的在轨暴露试验件，包括：

[0007] 基板和设置于所基板上的电池电路，所述电池电路包括太阳电池阵和补偿采集电路，所述太阳电池阵采用与空间站相同状态的太阳电池片，布片状态为30P30S，太阳电池阵的串间电压和串间电流与空间站柔性太阳电池翼太阳电池阵的保持一致，太阳电池阵的负端通过高阻接舱体地产生负偏压。

[0008] 所述补偿采集电路使用与太阳电池阵并联的T型补偿电容阵，用于模拟空间站柔性太阳电池翼整翼电容状态，使用预设阻值的电阻作为负载模拟太阳电池阵在轨工作状态，使用采样电阻输出其两端的采样电压U0并通过电连接器传输。

[0009] 进一步的，在上述试验件中，所述基板由刚性基板上面粘贴柔性面板构成，柔性面板状态和空间站柔性基板相同。

[0010] 进一步的，在上述试验件中，所述柔性面板为多层结构，依次包括硅烷化镀层、第一KAPTON薄膜层、第一胶粘剂层、玻璃纤维面增强数脂基复合材料层、第二胶粘剂层和第二KAPTON薄膜层。

[0011] 进一步的，在上述试验件中，所述硅烷化镀层的远离相邻的所述第一KAPTON薄膜层的一面为贴太阳电池阵面。

[0012] 进一步的，在上述试验件中，所述第一和第二胶粘剂层采用FK-01胶粘剂。

[0013] 进一步的，在上述试验件中，所述第一和第二KAPTON薄膜层含树脂SP120N。

[0014] 进一步的，在上述试验件中，所述电池电路还包括电连接器、电容阵、接地电阻、功率电阻和采样电阻，构成补偿采集电路。

[0015] 进一步的，在上述试验件中，所述太阳电池阵背面电路为采样电路，用于将太阳电池阵在轨工作电压通过所述采样电阻进行分压输出。

[0016] 进一步的，在上述试验件中，所述太阳电池阵共使用90片太阳电池片。

[0017] 进一步的，在上述试验件中，所述采样电压U0通过试验件正面接插件输出，所述试验件与舱体通过一段电缆连接，将采样电压U0送至整器数管分系统采样，采样电压数据采样频率为20Hz。

[0018] 与现有技术相比，为了保证空间站柔性太阳电池阵在轨高可靠、长寿命运行，本发明采用小尺寸在试验件模拟空间站柔性太阳电池翼的整翼状态，试验件与整器电连接状态如图1所示，太阳电池阵采用与空间相同状态的太阳电池片，布片状态为30P30S，太阳电池阵串间电压和串间电流与空间站柔性太阳电池翼太阳电池阵的保持一致。太阳电池阵并联T型补偿电容阵，以模拟空间站柔性太阳电池翼整翼电容状态。太阳电池阵的负端通过高阻接舱体地产生负偏压，使用预设阻值的电阻作为负载模拟太阳电池阵在轨工作状态，采集采样电阻上的电压U0，通过模拟量遥测通道下传，根据遥测参数判断试验件在轨运行状态，以验证空间站太阳电池阵材料、工艺及等离子体防护技术的有效性，使得在可达到技术验证目的的同时，节约了资源和成本。

附图说明

[0019] 图1是本发明一实施例的等离子体防护试验件与整器舱体电气连接原理图；

[0020] 图2是本发明一实施例的等离子体防护试验件基板结构图；

[0021] 图3是本发明一实施例的等离子体防护试验件基板中柔性面板结构图；

[0022] 图4是本发明一实施例的等离子体防护试验件电路原理图；

[0023] 图5是本发明一实施例的等离子体防护试验件正面太阳电池阵布片图；

[0024] 图6是本发明一实施例的试验件在轨典型采样电压曲线。

具体实施方式

[0025] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0026] 本发明提供一种验证太阳电池阵低轨等离子体环境防护技术的在轨暴露试验件，包括：

[0027] 基板和设置于所基板上的电池电路，所述电池电路包括太阳电池阵，所述太阳电池阵采用与空间站相同状态的太阳电池片，布片状态为30P30S，太阳电池阵的串间电压和串间电流与空间站柔性太阳电池翼太阳电池阵的保持一致，太阳电池阵的负端通过高阻接舱体地产生负偏压，使用预设阻值的电阻作为负载模拟太阳电池阵在轨工作状态，采集采样电阻上的电压U0；

[0028] 与所述太阳电池阵并联的T型补偿电容阵，用于模拟空间站柔性太阳电池翼整翼电容状态。

[0029] 在此，为了保证空间站柔性太阳电池阵在轨高可靠、长寿命运行，本发明采用小尺寸在试验件模拟空间站柔性太阳电池翼的整翼状态，试验件与整器电连接状态如图1所示，太阳电池阵采用与空间相同状态的太阳电池片，布片状态为30P30S，太阳电池阵串间电压和串间电流与空间站柔性太阳电池翼太阳电池阵的保持一致。太阳电池阵并联T型补偿电容阵，以模拟空间站柔性太阳电池翼整翼电容状态。太阳电池阵的负端通过高阻接舱体地产生负偏压，使用预设阻值的电阻作为负载模拟太阳电池阵在轨工作状态，采集采样电阻上的电压U0，通过模拟量遥测通道下传，根据遥测参数判断试验件在轨运行状态，以验证空间站太阳电池阵材料、工艺及等离子体防护技术的有效性，使得在可达到技术验证目的的同时，节约了资源和成本。

[0030] 本发明的验证太阳电池阵低轨等离子体环境防护技术的在轨暴露试验件一实施例中，如图2所示，所述基板由刚性基板1上面粘贴柔性面板2构成，柔性面板状态和空间站柔性基板相同。

[0031] 本发明的验证太阳电池阵低轨等离子体环境防护技术的在轨暴露试验件一实施例中，如图3所示，所述柔性面板为多层结构，依次包括硅烷化镀层3、第一KAPTON薄膜层4、第一胶粘剂层5、玻璃纤维布增强数脂基复合材料层6、第二胶粘剂层7和第二KAPTON薄膜层8。

[0032] 本发明的验证太阳电池阵低轨等离子体环境防护技术的在轨暴露试验件一实施例中，如图3所示，所述硅烷化镀层3的远离相邻的所述第一KAPTON薄膜层4的一面为贴太阳电池阵面9。

[0033] 本发明的验证太阳电池阵低轨等离子体环境防护技术的在轨暴露试验件一实施例中，所述第一和第二胶粘剂层采用FK-01胶粘剂。

[0034] 本发明的验证太阳电池阵低轨等离子体环境防护技术的在轨暴露试验件一实施例中，所述第一和第二KAPTON薄膜层含树脂SP120N。

[0035] 本发明的验证太阳电池阵低轨等离子体环境防护技术的在轨暴露试验件一实施例中，所述电池电路包括太阳电池阵、电连接器、电容阵、接地电阻、功率电阻和采样电阻。

[0036] 本发明的验证太阳电池阵低轨等离子体环境防护技术的在轨暴露试验件一实施例中，所述太阳电池阵共使用90片太阳电池片。

[0037] 本发明的验证太阳电池阵低轨等离子体环境防护技术的在轨暴露试验件一实施例中，所述太阳电池阵背面电路为采样电路，用于将太阳电池阵在轨工作电压通过采样电阻进行分压输出。

[0038] 本发明的验证太阳电池阵低轨等离子体环境防护技术的在轨暴露试验件一实施例中，所述采样电压U0通过试验件正面接插件输出。

[0039] 本发明的验证太阳电池阵低轨等离子体环境防护技术的在轨暴露试验件一实施例中，所述试验件与舱体通过一段电缆连接，将采样电压U0送至整器数管分系统采样，采样电压数据采样频率为20Hz。

[0040] 以下将结合图1～图6对本发明在轨暴露试验的等离子体环境防护件进一步的详细描述。

[0041] 本发明设计的小尺寸等离子体防护试验件在主要由基板和电池电路两部分构成，其中基板作为电路电路的支撑结构，如图2所示。太阳电池阵的基板由刚性基板上面粘贴柔性面板构成，柔性面板状态和空间站柔性基板相同，以模拟空间站柔性太阳电池翼基板的表面粘接状态，柔性面板为多层结构，如图3所示，其硅烷化镀层面为贴太阳电池阵面。电池电路部分主要包括太阳电池阵、电连接器、电容阵、接地电阻、功率电阻和采样电阻等，其电路原理如图4所示，其中太阳电池阵采用3P30S的布片方式，共使用90片太阳电池片，电池片状态与空间站太阳电池阵使用电池片状态相同，太阳电池阵具体布片如图5所示。太阳电池阵作为在轨发电组件，试验件背面电路为采样电路，将太阳电池阵在轨工作电压通过采样电阻进行分压输出。

[0042] 本发明实施的等离子体防护试验件被安装在天宫二号空间实验室舱体的专用安装平台上，采样电压U0通过试验件正面接插件输出。所述试验件与舱体通过一段电缆连接，将采样电压U0送至整器数管分系统采样，采样电压数据采样频率为20Hz。试验件于2016年9月随天宫二号空间试验件发射入轨飞行，采样电压数据实时下传，其典型的离散曲线如图6所示，数据显示试验件在轨工作正常。

[0043] 为了保证空间站柔性太阳电池阵在轨高可靠、长寿命运行，本发明采用小尺寸在试验件模拟空间站柔性太阳电池翼的整翼状态，试验件与整器电连接状态如图1所示，太阳电池阵采用与空间相同状态的太阳电池片，布片状态为30P30S，太阳电池阵串间电压和串间电流与空间站柔性太阳电池翼太阳电池阵的保持一致。太阳电池阵并联T型补偿电容阵，以模拟空间站柔性太阳电池翼整翼电容状态。太阳电池阵的负端通过高阻接舱体地产生负偏压，使用预设阻值的电阻作为负载模拟太阳电池阵在轨工作状态，采集采样电阻上的电压U0，通过模拟量遥测通道下传，根据遥测参数判断试验件在轨运行状态，以验证空间站太阳电池阵材料、工艺及等离子体防护技术的有效性，使得在可达到技术验证目的的同时，节约了资源和成本。

[0044] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

[0045] 专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及组成步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

[0046] 显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。