火星太阳电池翼除尘方法综述

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1、航天器环境工程第27卷第5期604SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERn、lG2010{fi10月皇量曼量曼量量曼皇曼鼍舅曼皇曼皇曼曼曼曼量曼I_I．一一I量曼曼曼曼量舅量量曼曼曼皇曼量曼曼量火星太阳电池翼除尘方法综述袁亚飞，刘民，杨亦强(北京东方计量测试研究所，北京100086)摘要：“萤火一号”火星探测器即将发射升空，标志着我国火星探测计划实施的开始。然而，火星尘埃在范德华力和静电力的作用下积聚在太阳电池翼的表面，使其转换效率下降，影响火星探测器的寿命。因此，开展火星太阳电池翼除尘技术的研究是非常有意义的。文章主要介绍了火星太阳电池翼的除尘方法，特别是目前最受关注的电

2、帘除尘方法，并对其基本结构、除尘原理、除尘效率和透光性做了详细的描述，对开展火星太阳电池翼除尘技术的研究具有一定的参考作用。关键词：除尘方法：太阳电池；火星探测；电帘除尘中图分类号：V520．2文献标识码：A文章编号：1673．1379(2010)05．0604．03DoI：10．3969／j．issn．1673—1379．2010．05．012O引言火星是一颗与地球环境极为相似的行星，通过火星探测可以探索宇宙的奥秘、寻找生命的痕迹以及了解地球的演变。从1960年10月10日苏联发射第一颗火星探测器(Marsnik-1)起到2008年底，美国、俄罗斯、欧空局和日本已经进行了40次火星探测任务。

3、“萤火一号”火星探测器即将发射升空，标志着我国火星探测计划的开始⋯。火星探测器仍然采用太阳电池翼提供电能。火星上经常出现剧烈的火星风暴，在火星风的作用下整个火星弥漫着火星尘埃。火星尘埃通过范德华力和静电力的作用会积聚在太阳电池翼上，使电池的性能下降。据火星开拓者(MarsPathfinder)测试结果表明：积聚和粘附在太阳电池翼上的尘埃使太阳电池翼的转换效率每个火星日下降约0．28％。2年后，估计太阳电池翼的电性能下降将可达22％～89％[2"3】。如表l所示。表1积聚的微尘使太阳电池翼表面模糊的程度Table1Obscurenessdegreeofthesolararraysurfacere

4、sultedfromtheaccumulationofMarsdust模糊度腻30d2Y基本情况6．677最好情况0．522最坏情况52．289为保证火星探测器的工作寿命，必须对积聚在太阳电池翼表面的火星尘埃进行清除。火星尘埃的清除方法主要有4种：自然除尘、机械除尘、电动机械除尘和静电除尘【¨】。1自然除尘利用火星风进行尘埃清除的方法为自然除尘法。GaierPerez．Davis和Marabito【6-7]研究了此方法。通过试验表明：在低气压的火星环境下除尘所需要的风速比在地球大气中需要的高高。当在火星风速≥35km／s时，才能清除大部分微尘。而从“海盗号”探测器对风速100多天的探测结果表明

5、：其着陆点的最大风速仅为25m／s。因此，在火星上不太可能仅仅利用风速就能清除大量的微尘。探测结果还表明在“海盗号”垂直安装的相机镜头上并没有积聚微尘，这是一个重要启示。因此，我们可以采用垂直或倾斜安装太阳电池翼的方法，这样可以借助火星的重力作用清除微尘。当然，我们也可以将太阳电池翼设计为可转动的，在早晨或傍晚太阳光线几乎是水平时，转动太阳电池翼使其为垂直或倾斜状态，来清除微尘；也可以在夜晚转动太阳电池翼。如此一来，太阳电池翼的安装角度将无关紧要。2机械除尘机械除尘包括擦拭、喷吹、可移除的覆盖膜、收稿日期：2010。04．14；修回日期：2010．05．10作者简介：袁亚飞(1977一)，主要

6、从事太阳电池、静电除尘、电缆测试、电力电能和供配电项目的研究工作．E-mail：goldkingcast@hotmail．corn．第5期袁亚飞等：火星太阳电池翼除尘方法综述摇动、振动或超声波等方式。擦拭是指宇航员或机器手臂利用“扫帚”或“羽毛掸子”擦拭太阳电池翼的盖板。由于微尘的尺寸比较小而且又具有很强的粘附性，故很难清除。另外，在擦拭过程中，粒子可能会划伤表面。采用像挡风玻璃刷或布等进行润滑擦拭可能更可取，但需要保持润滑剂在低气压和低温度下为液态。还可以考虑其他替代方法，如采用压缩气体直接喷吹工作窗口上的微尘。另外，利用可移除的薄膜来清除微尘。当微尘积聚过多时，就可将薄膜移除掉。但这就对薄

7、膜的质量提出更高的要求，即在太阳紫外线、宇宙射线和其他复杂的环境下其性能不下降‘5，引。在用摇动、振动或超声波等方式清除微尘时，需要太阳电池翼倾斜一定的角度。3静电除尘静电除尘是一种最简单的电子除尘方法。火星微尘带电的原因主要有：在紫外射线和宇宙射线作用下会使微尘带上正电荷；另外，运动的微尘在与大气摩擦中也会带上电荷。如果太阳电池翼表面具有很高的电位，将会吸引带有异性电荷或中性电荷的微尘。那些被吸