我国空间站能源管理系统方案设想

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1、第19卷第3期2013年5月载人航天MannedSpaceⅡightV01．19No．32l我国空间站能源管理系统方案设想杨亚红，乔卫新，徐慧栋，马季军，陈改革(上海空间电源研究所，上海200245)摘要通过对空间站能源系统的需求分析，提出了天地一体化空间站能源管理系统方案设想，设计了能源管理系统架构、功能层次及面向空间站构型的功率调配方案，并分析了存在的几项关键技术，为我国空间站能源管理系统方案设计提供一定的借鉴和参考。关键词载人空间站；能源管理系统；架构；天地一体化中图分类号：V423．4+4v423．7文献标识码：A文章编号：1674—5825(2013)03—0021—07l引言根据我

2、国载人航天工程发展战略，第三阶段我国将建造长期有人驻留的空间站。空间站在许多方面不同于以往的航天器，其由多个航天器在轨组建而成，具有功率需求大、寿命长、组合状态多、构型复杂、可在轨维修等特点。为保证能源系统在各种工况下有效满足空间站的能源需求，需建立空间站能源管理系统，对其全寿命周期飞行各阶段的电能进行统一管理，确保正常状态下安全、稳定供电；在供电能力不足时，能做好载荷管理，合理调配电能；在故障状态下，能迅速定位、处置，并尽快恢复正常供电。2空间站能源管理系统需求分析2．1能源系统方案概述能源系统是空间站运行的基本保障，负责在各阶段向空间站负载提供连续电能，并完成电能的变换、分配、管理。空间站

3、能源系统采用基于光伏一蓄电池系统的供电和配电体制，主要由发电设备、对日定向设备、储能设备、功率调节设备、配电网络等组成。空间站能源系统规模庞大，为简化总体设计，借鉴国际空间站的设计理念，可采用多功率通道架构，各功率通道保持相互独立，通过配电网络向负载调配供电。功率通道以发电设备为起点、以控制设备为终点，形成一条独立母线。为提高功率通道供电的可靠性和安全性，单个功率通道可采用多机组配置。配电网络将母线功率分路或经电压变换后配电给用电设备。空间站能源系统基本组成如图1所示，每个航天器能源系统包括供电子系统、配电子系统。能源系统实现的基本功能是将间断的太阳光能转换为连续稳定的电能，并进行能量贮存、调

4、节与变换、分配与传输，为空间站设备供电。2．2国内外应用情况能源管理系统(PMAD)，由NAsA研究机构于20世纪80年代中期为自由号空间站项目而提出，具有能源管理与分配、电压变换、故障诊断及排除、负载管理等功能。随着需求变化和技术发展，该系统演变为服务于国际空间站的智能功率管理系统。目前PMAD已在国际空间站、重返月球计划和ESA的“罗塞塔”号无人飞船计划(Rosseta)等多个任务中得到应用。为了有效进行“自由”号空间站(后演变为国际空间站)电源系统运营管理，专门研制了用于其性能收稿日期：2012一07—30；修回日期：2013～04—30作者简介：杨亚红(1979一)，女，博士，工程师，

5、主要从事空间站电源系统设计及相关研究工作。E—mail：viviaIll9791224@163．com载人航天第19卷一J。

6、l’J』rI『jE“*玎：：儿．Jl一．JL一i控制设备I母致’■母牡■⋯_ll对～J发日l⋯”“Il母线B一L配电—一负载2l电定lI-^母熟设备——干网l：设向—_一一r鬲喜鞠备设航人器ll储能蓄电池I=备能源系统储能蓄电池·小㈦i系统㈠¨小糊叭·

7、．。Ⅵ¨獭-fi!；．I．一．】【．一I控制设备I珥域。L对■母毯△■⋯lllLJ发日I1‘。"'％”lI母线B7L配电——．1负载2I设备——币藕溺l电定lItt电池┃，⋯电池┃‘-_____●_●__一空能源系统基本

8、组成示意图预软件系统，并已在国际空间站电源系统运营管应用。能源系统故障诊断技术经历了早期简状态监测(应用于“水星”号)、基于算法的故障(应用于“阿波罗”计划)和基于知识库的智能诊应用于航天飞机)，目前已发展为基于模型的自断(应用于国际空间站)。NAsA的深空一号探测用了基于模型的故障诊断方法。由NAsA艾姆究中心(Ames)开发、基于模型的诊断引擎Lingstone2己经被上传注入到地球观测一号卫星(—1，Earth0benring1)并进行了诊断功能的测试。廊苏联的“和平”号空间站运行过程中，地一套相同的实物系统同步运行，其中能源系统对应在轨运行系统的故障模拟及措施验证，为站能源系统运营管理

9、提供支持。国外空间站能源管理等相关系统的研究以发现自主管理技术是空间站能源管理和故障技术的主要发展方向【1．5l。2能源管理系统需求分析任务功率需求大、寿命长、组合状态多、构杂、可维修等特点，对能源管理系统提出了与以天器不同的需求：量协同管理具有支持各航天器独立飞行、多航天器组状态，能源管理系统既需要支持单个航天器运式，又需具备多个航天器组合运行时功率调配力，以使空间站电能得到合理有效使用，能够适