月面探测器月夜休眠自主唤醒方法

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1、第23卷第6期航天器工程V01．23No．61111篁!!旦童呈垒篁三篁里垒兰三兰些垒!型兰兰坚!墅墅!!月面探测器月夜休眠自主唤醒方法雷英俊1张明1金波2马亮1(1北京空间飞行器总体设计部，北京100094)(2上海空问电源研究所，上海200245)摘要提出一种月面探测器休眠自主唤醒方法：月夜来临时通过地面控制对月面探测器所有设备进行休眠操作；月昼来临时靠太阳光触发唤醒功能，由休眠唤醒电路自主发送指令唤醒探测器，解决月面探测器安全可靠度过月夜的能源供给问题。该方法已通过在轨验证，可为其他深空探

2、测任务提供参考。关键词月面探测器；月夜；休眠唤醒中图分类号：V442文献标志码：AResearchonAutonomousSleep—rebootofLunarProbeLEIYingjunlZHANGMin91JINB02MALian91(1BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)(2ShanghaiInstituteofSpacePowerSources，Shanghai200245，China)Ab

3、stract：Thepaperproposesanewmethodtoachievetheautonomoussleep—rebootofalunarprobe．Thelunarprobewillbeshutdownbygroundcommandsbeforethemoonlitnightandre—bootedbythesleep—rebootcontrollerwithdetectstheilluminationintensitywhenthelunardayiscoming．Themeth

4、odsolvestheproblemofenergysupplyduringthenight，andhasprovedtobereliableandsecurethroughallthetestsontheground．Themethodmightbeusedasareferenceforthepowersystemdesignfordeepspaceprobe．Keywords：lunarexploration；lunarnight；sleep—reboot1引言我国探月工程分为“绕、落、回”

5、三个工程任务阶段，分步实现绕月探测、月面软着陆与巡视勘察和采样返回等工程任务目标[1。2]。嫦娥一号和嫦娥二号完成绕月探测，取得了较多处于世界领先水平的探测成果。目前，我国嫦娥三号探测器已圆满实现月面软着陆和月面巡视勘察任务。国外深空探测器主要采用238Pu、210Po等放射性同位素温差电池(RTG)来提供能源口。5]，著名的“阿波罗登月计划”采用SNAP27一RTG、飞向外层行星的旅行者号探测器采用MHw—RTG、伽利略号探测器采用GPHS—RTG。放射性温差电池结构紧凑，可靠性高，与其他化学

6、电源相比，其寿命长，不受环境影响，在月球探测和星际探测任务中，是首选的电源。美国在多个未来太空研究计划中都将研制和使用高性能的同位素温差电池。嫦娥三号探测器是我国首个月面探测器，从技术基础、探测器质量、经济成本等方面综合考虑，未采用同位素温差电源[6]。探测器在月面工作时，需要经历时间长达十几个地球日的月夜¨]。月夜期间无光照，太阳电池无法输出电能，仅靠携带的锂离子蓄电池组不能满足探测器最小能源模式的功率需收稿日期：2014—02—14；修回日期：201407—25基金项目：国家重大航天工程作者

7、简介：雷英俊，男，工程师，研究方向为航天器总体设计。Email：leiyingjun@163．com。航天器工程23卷求。为了减少探测器月夜期间对能源的消耗，需要使探测器在月夜期问所有设备断电，即处于休眠状态。为此，探测器必须具备在邻近月夜时进人休眠，在月昼来临时自主唤醒并恢复至正常工作状态的能力。本文对月面探测器自主唤醒的技术难点进行分析，通过控制探测器月昼月夜模式的转换，实现休眠自主唤醒，并对休眠自主唤醒的设计和流程进行详细分析。自主唤醒的技术难点1)能源问题在长达十几个地球日的月夜，即使探

8、测器处于最小负载模式，假设约105w，仅靠蓄电池供电，整个月夜期间需要消耗约42950Wh能量。即使采用目前高能量比密度120Wh／kg的锂离子蓄电池，蓄电池重量至少357kg，因此不可能满足任务轻小型要求。探测器设备要在月夜断电休眠，才能解决月夜期间能源短缺问题；在月昼唤醒时，能源系统需合理设置唤醒时刻，保证唤醒时太阳翼的输出功率满足负载功率需求，避免蓄电池组放电甚至过放。2)自主可靠问题探测器休眠自主唤醒的技术难点在于，临近月夜时，所有设备需要彻底断电，而提供一次母线电源的电源控制器和提供指