火星环绕探测器电源系统设计分析

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1、V01．22No．1航天器工程第22卷第1期!!量呈垒篁曼篁垦垒!三兰些篁!堕兰兰垦!堕鱼!!!!堡!旦================================================================================———==———————————————————————————————————一火星环绕探测器电源系统设计分析刘治钢蔡晓东杜红(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要针对火星环绕探测任务特点，从空间环境，飞行程序、轨道与姿态，负

2、载需求，电源系统选型，能源自主管理，轻小型化设计6个方面对电源系统设计进行了分析；提出了一种适用于火星环绕探测器的高比能量、高比功率、高自主管理能力的电源系统设计分析方法，可为火星环绕探测器电源系统优化设计提供依据，也可为其他深空探测器电源系统设计提供一定的借鉴与参考。关键词火星环绕探测器；电源系统；任务分析中图分类号：V442文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2013．01．012AnalysisonPowerSystemDesignforMarsOrbiti

3、ngProbeLIUZhigangCAIXiaodongDUHong(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)Abstract：AccordingtothespecificcharacteristicsofMarsorbitingexploration，thefactorsinfluencingthepowersystemdesignareanalyzed，suchasspaceenvironment，des

4、ignatedflightschedule，orbitandattitude，loadpowerrequirement，powersystemtopologyselection，powersystemself—management，lightweightandscaledesign．Amethodisprovidedforhighspecificenergy，highspecificpowerandhighautonomousmanagementpowersystemdesignandanalysi

5、sforMarsorbitingprobe．ThemethodcannotonlybeabasisfortheoptimizationdesignofMarsorbitingprobepowersystem，butalsobeusedasareferenceforthepowersystemdesignofotherdeepspaceprobes．Keywords：Marsorbitingprobe；powersystem；missionanalysisl引言嫦娥一号、二号作为中国探月工程“绕、落、

6、回”三步走的第一步，已经成功实现了对月球的环绕探测，开启了中国深空探测的征程[1。2]。火星作为太阳系中与地球临近的行星，一直是人类探索未知太空的焦点之一。探测火星，研究火星的磁场、大气与气候、空间环境、地貌等内容，是人类研究太阳系起源与演化，探寻生命起源的重要途径。火星环绕探测器与地球卫星或月球探测器相比，其飞行任务和飞行环境都有很大的不同∽。4j，要求电源系统能够适应发射段、地火转移段、火星捕获段和火星环绕等各阶段空间环境的变化，保证探测器能源供应。本文针对火星环绕探测的特点，对采用太阳电池阵一

7、蓄电池组的电源系统设计进行了深入分析，可为未来火星探测器及其他深空探测器电源系统的任务分析提供参考与借鉴。2火星环绕探测器电源系统设计分析2．1火星环绕探测任务特点相对于地球卫星与月球探测器，火星环绕探测对探测器电源系统设计的影响主要体现在以下几方面。收稿日期：201209—14；修回日期：20121029作者简介：刘治钢(1982一)，男，博士，从事航天器电源系统总体设计工作。Email：bitlzg@163．com。第1期刘治钢等：火星环绕探测器电源系统设计分析(1)空间环境：空间环境的特点制约

8、着探测器的性能、结构设计及寿命等。火星空间环境与地球轨道和月球轨道空间环境差异较大，主要包括光照强度、温度变化明显，因此要针对火星空间环境制定相应的电源管理策略。(2)通信时延：火星与地球距离很远，单程通信时延最长为22min，而月球轨道探测器仅1．35S。另外，在一年探测期内还存在2次日凌，每次大约持续20d，日凌时火星探测器无法与地球通信，因此要考虑加强电源系统自主管理能力。(3)轻小型化要求：火星距离地球很远，因此探测器要携带更多的推进剂燃料，这就对设备提出了严