[發明專利]航天用太陽電池陣二次電弧地面模擬試驗裝置及試驗方法

有效

• 申請號: 201110425702.0
• 申請日: 2011-12-19
• 公開（公告）號: CN102540093A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 劉業楠;王志浩;易忠;徐焱林;唐小金;孫繼鵬;鄧佳欣;張超;聶翔宇
• 申請（專利權）人: 北京衛星環境工程研究所
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于航天器空間環境效應的地面試驗領域，具體涉及航天用太陽電池陣二次電弧地面模擬試驗裝置及使用該裝置進行的模擬試驗方法。

背景技術

衛星太陽電池陣在空間等離子體中會發生靜電放電效應，并可能會引起二次電弧，進而使工作的太陽電池陣短路失效。對于其二次電弧的情況，需要進行地面的模擬來驗證其在軌可能產生的風險。對于太陽電池陣二次電弧的地面模擬方法，主要包括產生靜電放電和模擬二次電弧兩個部分。通過在地面的模擬環境產生靜電放電，并利用產生的靜電放電模擬二次電弧效應，是該試驗的主要流程。目前該試驗主要采取以下幾種方式模擬靜電放電：

1)采用低能電子束輻照太陽電池陣表面，太陽電池陣通過補償電容接地。通過電子束充電使其表面產生負電位，從而引發靜電放電；

2)采用低能電子束輻照太陽電池陣表面，太陽電池陣通過負偏壓接地，并聯補償電容，通過電子束充電使其表面產生正電位，從而引發靜電放電；

3)采用等離子體浸沒太陽電池陣表面，太陽電池陣通過負偏壓接地，并聯補償電容，通過等離子體充電使其表面產生正電位，從而引發靜電放電；

對于二次電弧模擬中，主要有以下幾種：

1)在電池串一端串聯一個恒流源，另一端串聯一個負載，恒流源的工作電流設置為電池串的工作電流，調節負載改變電池串間電壓；

2)在電池串一端串聯一個恒壓源，另一端開路，恒壓源的短路電流設置為電池串工作電流，調節恒壓源改變電池串間電壓。

對于靜電放電的引發方法，目前幾種有限的方法限制了實際地面的試驗條件，同時對于靜電放電效應不能很好的模擬實際空間中發生的情況，而只是對實際空間經歷環境的初步模擬，對于二次電弧模擬部分，現有兩種方法也不夠全面，對于實際工作情況的模擬也不到位。

因此，為了確保太陽電池陣二次電弧地面模擬試驗的有效和準確，必須提出更為全面、準確的試驗裝置及試驗方法，滿足衛星太陽電池陣二次電弧地面評價的需求，同時解決上述工程問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種航天用太陽電池陣二次電弧地面模擬試驗裝置，為衛星太陽電池陣的地面放電效應模擬試驗評價提供更全面、完善的試驗條件。

此外，本發明的另一目的在于提供一種航天用太陽電池陣二次電弧地面模擬試驗方法，相比已有的試驗方法更準確，有效。

一種航天用太陽電池陣二次電弧地面模擬試驗裝置，包括真空容器、模擬靜電放電源、與設置在真空容器內的太陽電池陣電連接的二次電弧工作電路、與太陽電池陣電連接的負載模擬電路以及靜電放電模擬電路，其中，二次電弧工作電路輸出端分別與串間補償電容C1，C2連接，C1、C2電容值均為實際太陽電池陣串間補償電容的一半，C1與C2串聯，兩電容連接點與靜電放電模擬電路間通過夾層補償電容C3連接，C3電容值為實際太陽電池陣的夾層補償電容；二次電弧輸出端與電池陣試樣通過二極管連接，確保其電流方向，電池陣試樣的另一端與負載模擬電路連接，使二次電弧工作電路、負載模擬電路與電池陣試樣構成回路，而靜電放電模擬電路通過與電池陣試樣其中一個輸出端連接，模擬靜電放電源通過在真空容器內對太陽電池陣試樣施加。

其中，模擬靜電放電源包括：等離子體源、電子槍、放電電極、激光束和高速飛片撞擊放電源。

其中，二次電弧工作電路通過模擬太陽電池陣的在軌工作狀態，來檢驗靜電放電能否觸發二次電弧。

進一步地，太陽電池陣的模擬方式包括：1)通過太陽模擬器對大尺寸太陽電池陣進行照射來發電，將太陽電池陣的輸出接入受試驗電池串；2)通過太陽電池陣模擬器輸出模擬電池陣工作的電流接入受試驗電池串；3)通過在直流橫流電源輸出端串接恒流二極管，并輸出模擬電池陣工作的電流，接入受試電池串。

其中，靜電放電模擬電路由補償集總電路構成，還可增加直流恒壓電源做為偏置電源，用于模擬靜電放電的能量及電壓。

其中，負載模擬電路包括使用直流恒壓電源和大容量電容兩種方式。

一種航天用太陽電池陣二次電弧地面模擬試驗方法，包括以下步驟：

將太陽電池陣試樣放入真空容器，并按模擬試驗裝置的連接方式接好；

開啟二次電弧工作電路及負載模擬電路中必要的電源，并調節二次電弧工作電路及負載模擬電路，使太陽電池陣試樣的電池串上產生試驗用的恒定電流及電壓。

開啟靜電放電模擬電路中必要的電源，開啟模擬靜電放電源中必要的儀器，對太陽電池陣試樣施加靜電放電。