推力器羽流对太阳电池翼污染效应的分析及控制方法

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1、V01．24No．4航天器工程第24卷第4期58SPACECRAFTENGINEERING2015年8月推力器羽流对太阳电池翼污染效应的分析及控制方法张健张振华王伟臣石泳(中国空间技术研究院载人航天总体部，北京魏传锋100094)摘要在分析羽流污染预示和太阳翼输出功率衰减预示方法基础上，识别出了影响羽流对太阳翼污染效应的关键因素，提出了较为系统的羽流对太阳翼污染效应的分析和控制方案。经仿真验证，该方法可有效实现量化分析和控制推力器羽流对太阳翼的污染效应，可以为我国卫星、深空探测和载人航天领域航天器工程研制提供参考。关键词航天器；推力器羽流；污染；太阳电池翼；功率损失中图分类号：V411．3文献

2、标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2015．04．010AnalysisandControlMethodsforThrusterPlumeContaminationEffectonSolarArrayofSpacecraftZHANGJianZHANGZhenhuaWANGWeichenSHIYongWEIChuanfeng(InstituteofMannedSpaceSystemEngineering，ChinaAcademyofSpaceTechnology，Beijing100094，China)Abstract：Inthispaper，theplume

3、contaminationpredictionandsolararraypowerlossareana—lyzed，andthevariableswhicharekeyfactorstoplumecontaminationeffectareidentified．Andthen，asystematicmethodforplumecontaminationeffectanalysisandcontrolisproposed，whichhasbeenprovedtobeeffectiveandmeasurableinsimulations．Themethodandprocessproposedint

4、hispaperarealsosuggestedasareferenceforearthsatellite，spaceexplorationandmannedspacecraftdesign．Keywords：spacecraft；thrusterplume；contamination；solararray；powerloss引言航天器推力器羽流效应包括力摄动、热载和污染等，其中推力器羽流对太阳电池翼污染效应由于直接关系航天器平台电源系统性能，在工程中显得尤为重要，成为航天器总体方案设计需要分析和解决的一个重要问题。对于中长期在轨航天器来说，姿态控制和轨道控制推力器长期在轨工作，喷出羽流在真空

5、环境内的广大空间膨胀扩散，由连续流过渡为分子流[1

6、，其中夹带的液体与固体颗粒物不可避免与航天器表面发生接触，并形成粘附于航天器表面的化合物污染层。大量地面试验和分析结果表明[2-53，污染物粘附在光学玻璃表面，将通过物理和化学机理的作用引起玻璃光学性能下降。对于太阳电池翼，羽流污染将造成其输出功率下降[z]，从而影响航天器系统的供电能力。羽流对太阳翼污染效应的分析与控制是一项涉收稿日期：2014—10—31；修回日期：2015—06—15基金项目：国家重大科技专项工程作者简介：张健，男，硕士，工程师，研究方向为载人航天器系统方案设计。Email：amanofiron@126．corn。第4期

7、张健等：推力器羽流对太阳电池翼污染效应的分析及控制方法59及总体设计、羽流分析、电源系统设计等跨学科领域问题，具有较高的难度。本文在分析羽流污染物分布预示方法[61和羽流污染对太阳电池翼功率影响预示方法口一]的基础上，提出了完整的航天器系统推力器羽流对太阳翼污染效应的分析量化和控制方法，可以有效实现羽流对太阳翼污染效应的定量化分析，同时可以进一步完成总体方案优化，实现对羽流污染效应的减缓和控制。本文所提出方法在我国载人航天器研制中得到了应用，效果良好，可为后续航天器研制提供参考。2分析方法2．1基本假设羽流污染物从推力器喷管中生成，经过加速运动与物体表面发生撞击、吸附、反射、分解、固化等，与太

8、阳翼表面发生粘附、遮挡和腐蚀的整个过程也非常复杂，因此为简化上述分析工作，使羽流对太阳翼污染效应分析更加简便可行，本文提出以下3个基本假设∽j：(1)羽流污染效应主要由污染物的物理存在引起，化学腐蚀效应对太阳翼功率衰减影响可忽略。羽流污染效应过程复杂，包括物理和化学机理多种过程，其中太阳翼功率衰减被认为主要由污染物的物理存在引起，与污染物存在量直接相关，化学腐蚀效应不视为导致太阳翼功率衰减的重要因