我国交会对接任务中航天器电源设计与应用

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1、Vol-19No．352载人航天Mannedspace丑i出t第19卷第3期2013年5月我国交会对接任务中航天器电源设计与应用王娜，，一，黄峥，，马季军-，陈启忠1，田源1(1上海空间电源研究所，上海200245；2华东理工大学商学院，上海200237)摘要我国交会对接任务中，电源分系统实现了目标飞行器电源分系统和载人飞船电源分系统首次高低压两种体制电源分系统的联合应用。目标飞行器电源分系统为国内首个低轨高压电源分系统，突破了低轨高压防护、半刚性太阳电池翼、低轨长寿氢镍电池等关键技术。确定了电源分系统技术方案、解决了低轨高压安全性

2、设计难题，完成了产品研制和试验验证；载人飞船电源分系统为低压电源分系统，以载人航天安全性、可靠性为设计重点，充分试验验证了多种类电源并网、多机组并网等技术。交会对接任务实践证明，电源分系统的供电能力、可靠性等各项功能指标均满足工程及系统总体要求，相关应用技术成果有助于空间站工程研制。关键词目标航天器；载人飞船；电潺分系统；交会对接中图分类号：V423．4+4V526文献标识码：A文章编号：1674_5825(2013)03_0001_061引言我国首次自主交会对接和首次载人交会对接任务中，天宫一号目标飞行器先后成功与神舟八号、神舟九

3、号载人运输飞船完成了空间交会对接，标志着我国空间交会对接技术取得重大突破，为建造运营空间站迈出了关键的一步。作为航天器平台的主要组成部分之一，电源分系统是完成空间交会对接任务的基本保障。交会对接任务中电源分系统包含高压的目标航天器电源分系统和低压的载人飞船电源分系统，实现了国内首次高低压两种体制电源分系统的联合应用。目标飞行器电源分系统为适应载人航天器轨道的特殊环境和长寿命大功率要求，同时为了兼顾后续技术发展，采用半刚性帆板、三结砷化镓太阳电池片、氢镍电池组、高压母线等新技术，解决了电源系统低轨高压安全性可靠性、大功率设计、长寿命设

4、计等难题，确定了适用于载人空间实验室及空间站的新一代能源系统方案；载人飞船电源分系统则充分继承载人航天工程第一步的成熟技术，并在此基础上提高了供电能力，安全性、可靠性、并网技术等得到了充分的验证，形成了适用于后续空间站工程的标准系列载人飞船能源系统。在交会任务中，高低压电源分系统的供电能力、母线电压、可靠性等各项功能指标均满足总体要求，并成功参与完成了两航天器电源并网试验。交会对接任务电源分系统的应用技术成果为后续空间站工程的研制积累了宝贵经验。2国内外应用情况目前，国外母线体制在低轨仅有美国应用了国际空间站上的120～160V母线

5、，高轨则主要是阿尔卡特公司专为高轨卫星设计的SB4000电源系统平台；俄罗斯和欧洲中低轨航天器在平均负载功率达到8000w时也还采用50V以下的母线体制。欧洲和日本目前无高压电源应用。天宫一号目标飞行器应用的低轨高压大功率电源技术的母线额定功率收稿日期：2013—01—14；修回日期：2013一04—18作者简介：王娜(1977一)，女，学士，高级工程师，主要从事空间电源系统设计研究工作。E—mail：帅805@hotmail．com第3期王娜等：我国交会对接任务中航天器电源设计与应用53达到3．5kw，峰值达到6kw，为国内首次自

6、主研发的低轨100V高压母线，也是国内低轨功率最大的电源分系统。3研制工作情况3．1研制任务总要求在满足总体质量、包络、寿命等约束条件下，研制出供电能力3．5kw的100V高压母线电源分系统及1．8kw的28V低压母线电源分系统，并确保目标飞行器与载人飞船在交会对接任务期间的可靠、安全供电，并为空间站工程的研制积累经验。3．2研制总体思路交会对接任务电源分系统的研制工作从分系统的任务特点分析开始，识别关键技术难点、确定了电源分系统的技术方案、针对关键技术采取解决措施并验证。在交会对接任务中，目标飞行器电源分系统作为高压体系电源分系统

7、，采用了半刚性基板、大容量氢镍电池等新技术，创新点较多，是我国目前低轨道功率最大、母线电压最高的电源系统；载人飞船电源分系统，则以安全性、技术成熟性为主要考虑因素，充分继承载人航天工程一期电源分系统。3．3技术难点分析3．3．1低轨高压高可靠系统设计①高压体制高压体制的最大优点在于传输损耗小、电缆质量轻。但对于运行于低轨的目标飞行器来说，采用高压体制需要重点解决高压带来的一系列问题：太阳电池阵的高压防护、因串联单体数多对蓄电池电池单体更高的一致性要求、高压安全防护等问题；目标飞行器电源分系统平均负载功率为3．5kw，峰值功率6kw，

8、是目前低轨道上功率最大的电源分系统之一，大的功率需求，电源分系统必须考虑热设计等问题；国内以前大多数航天器的电源母线电压设计最高为42V，国内高压元器件基础薄弱，欠缺高压体制的设计经验，给高压器件的生产和使用带来了一定难度。②空间环境