航天器供配电分系统电弧短路故障及其防护.pdf

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1、第22卷第2期航天器工程V01．22No．21111篁!旦量呈垒篁兰篁垦垒!三兰墅坌!些兰兰里!望鱼!!航天器供配电分系统电弧短路故障及其防护冯伟泉1’2韩国经3刘业楠1王志浩1徐炎林1于丹1(1北京卫星环境工程研究所，北京100094)(2可靠性与环境工程技术重点实验室，北京100094)(3北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要介绍了航天器电弧故障的机理，给出了不同材料的真空电弧特性，总结了航天器太阳电池阵、太阳电池阵驱动机构(SADA)和母线三大类电孤故障模式，提出了太阳电池阵电弧故障的一般防护方法，并介绍了国际标准IS011221—201

2、1试验验证方法。建议深入开展相关故障机理与防护和验证新技术研究，建立相关产品保证规范体系，以防止航天器电弧短路故障发生。关键词航天器；供配电分系统；电弧短路；静电放电；防护中图分类号：Vll文献标志码：ADOI：lO．3969／j．issrL1673—8748．2013．02．013SpacecraftEPDSArcShortCircuitFailureandPreventionFENGWeiquanl·2HANGuojin93LIUYenanlWANGZhiha01X-UYanlinlYUDanl(1BeijingInstituteofSpacecraf

3、tEnvironmentEngineering，Beijing100094，China)f2ScienceandTechnologyonReliabilityandEnvironmentalEngineeringLaboratory，Beijing100094，China)(3BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)Abstract：Thispaperintroducesthemechanismofspacecraftarcshortcircuitfailure，g

4、ivesvaeuumarccharacteristicsforseveralmaterials，andsummarizesthreekindarcfailuremodesofsolararray，SADA(SolarArrayDrivingAssembly)andelectricbusinEPDS(electricalpoweranddistributionsubsystem)．ItintroducessolararrayarcfailurepreventionmethodsandISO11221—201testverificationmethods，an

5、dmakessuggestionsonfurtherresearchesoffailuremechanismandnewpreventionandverificationtechnologiestoprotectspacecraftfromarcshortcircuitfailure．Keywords：spacecraft；EPDS；arcshortcircuit；electrostaticdischarge；prevention1引言随着航天器有效载荷功率的增加，航天器供配电分系统提供的工作电压和工作电流不断加大，大功率航天器供配电分系统呈现电弧短路故障

6、多有发生的趋势。电弧短路故障的特点是瞬时电流极大，能够产生大量的热量，瞬间对航天器供配电分系统造成很大破坏，其中一些故障导致了航天器供配电分系统部分甚至整体功能失效。大功率航天器供配电分系统有三大部件常发生电弧故障导致供电中断：太阳电池阵[1]、太阳电池阵驱动机构(SADA)和母线。空间相邻导体间发生电弧的条件有：①相邻导体间有一定电压差，如果没有足够高电压差，即便收稿日期：2012—12—03；修回日期：2013—03—01作者简介：冯伟泉(1956一)，男，研究员，从事空间环境效应分析与试验评价研究工作。Email：weiquan_feng@yahoo

7、．com．cn。航天器工程有外在电弧触发因素，也不会发生电弧，因此降低电压差是故障电弧防护措施之一；②相邻导体间存在触发电弧因素，如静电放电(ESD)或多余物接触等，空间带电环境会引起航天器ESD，因此要设法使航天器在空间不发生或少发生ESD；③必须有外电源提供持续的电弧放电电流。据统计，在19962006年的十年间，全世界共有117次卫星太阳电池阵故障[2]。大量灾难性故障属于电弧引起的短路故障，主要诱因是空间带电环境引起的航天器ESD。欧洲、美国和日本等国家对这一故障模式进行了广泛研究，并建立专门的国际标准。除了太阳电池阵外，航天器SADA和母线也容易

8、产生电弧故障，由于SADA和母线承载的电流很大，发生电弧故障的破坏