卫星电源系统在轨故障分析及对策

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1、V01．22NO．372航天器工程SPACECRAFTENGINEERING第22卷第3期2013年6月卫星电源系统在轨故障分析及对策姜东升张沛刘鹏吴乐群(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要卫星电源系统的在轨高可靠、安全运行已经成为当前卫星研制中关注的重点。文章针对国外卫星电源系统在轨故障案例进行收集和整理，并对故障机理及对策进行了总结，以有助于指导电源系统设计，提高我国卫星电源系统在轨运行的可靠性和安全性。关键词卫星电源；在轨故障；对策中图分类号：V442文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2013．03

2、．013On—orbitFailureAnalysisandSolutionStrategyofSatellitePowerSystemJIANGDongshengZHANGPeiLIUPengWULequn(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)Abstract：Nowadays，highreliabilityandsafetyofpowersupplysystemhasbecomeahotspotinsatellitesdevelopment．Inthispa

3、per，theon—orbitfailuresofforeignsatellitepowersystemarecollected，andthemechanismandsolutionoffailurearestudiedprimarily．TheycanbeusedasanassistancetothedesignofpowersupplysystemtoenhancethesafetyandreliabilityofChinesesatellitesonorbit．Keywords：electricalpowersystemofsatellite；on—

4、orbitfailure；solutionstrategy1引言卫星在轨故障发生概率很小，但一旦发生，造成的损失往往很大。目前，国内对收集到的1994—2010年国外公开发布的214颗卫星267种在轨运行期间发生的故障统计分析发现[1]，除有效载荷外，卫星平台控制、电源、推进这3个系统发生的故障所占比例最多，而且一旦发生故障，通常会造成卫星的整星失效。通过对国外卫星在轨故障资料分析发现[2]，电源系统正常工作对卫星可靠运行影响重大，约45％的电源系统故障会导致整个卫星任务的失败；80％的故障对于整个任务有严重的影响。本文针对国外卫星电源系统在轨故障案例进行

5、收集和分析，并对故障机理、对策进行了初步研究，提出了太阳阵、蓄电池组、电源控制器和配电开关／电缆的常见故障的分类，并提出了相应的故障对策，可用以指导卫星电源系统的可靠性、安全性设计。2电源系统故障分类当前，国外卫星所使用的太阳阵一蓄电池组联合供电系统的常见故障，主要集中发生在太阳阵、蓄电池组、电源控制器、配电开关和电缆上。通过对国外的电源系统故障案例调研发现[3]，在轨发生故障最多的部件是太阳阵，见图1。电源系统出现的故障中太阳阵的展开故障约占20％，均为机构故障；太阳电池片和电路故障导致太阳阵输出功率下降是常见故障约占16％；静电放电收稿日期：2012—

6、10一10：修回日期：2013—04—15作者简介：姜东升(1974一)，男，高级工程师，从事航天器供配电系统总体设计工作。Email：jiang—dongsheng@sohu．corn。第3期姜东升等：卫星电源系统在轨故障分析及对策导致的故障约占15％，空间粒子辐照导致的故障占16％，这两项的发生均与太阳活动情况有关，如在2001—2004年太阳活动高峰年周期，大约发生了19起太阳电池电路输出功率降低的故障。电源系统故障与在轨运行时间之间的关系见图2。鞫l卫星电源系统各设备故障分布统Fig．1Distributionoffailuresamongdevi

7、ceofpowersupplysystem由图2可知，超过52％的电源系统故障发生在卫星发射后在轨运行的1年时间内，这类故障的发生，通常是由于卫星的测试和试验验证不够充分，以及对于卫星及其运行环境分析和试验不够深人H]。2．1太阳翼卫星太阳翼的整阵失效故障很少见，其模式包括展开装置失效或者整个太阳翼的断裂。这类故障会造成单个太阳翼的输出功率完全丧失。太阳翼最常见的故障模式是功率输出能力的降低，包括单片太阳电池或电池电路故障，对日定向故障，以及电池片性能退化。导致太阳电池电路失效的原因很多，包括微流星体伤害、高压电弧以及电源控制器功率元器件故障。合理的太阳翼

8、设计中，电池片带有旁路二极管和电池串隔离二极管，单片电池或单串电池