[發(fā)明專利]一種衛(wèi)星太陽電池陣在軌被遮擋的確定方法及其應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210199795.4
• 申請日: 2012-06-18
• 公開（公告）號: CN102700728A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設計）人: 韓旭;侯建文;楊珺;馬文佳
• 申請（專利權）人: 上海衛(wèi)星工程研究所
• 主分類號: B64G1/44
• 分類號: B64G1/44
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發(fā)明涉及航天器總體設計技術，具體為一種衛(wèi)星太陽電池陣在軌被遮擋的確定方法及其應用。

背景技術

對衛(wèi)星等采用太陽電池陣作為主要能源供給的航天器而言，太陽電池陣是其重要的組成部件，是航天器機動變軌、單機正常工作等所需能量的唯一來源。太陽電池陣可以將太陽光能轉化成電能，保證了航天器的日常運作。影響供能的因素主要有太陽電池片光電轉換效率、太陽光照角、太陽電池陣有效光照面積等。

某衛(wèi)星入軌后發(fā)現(xiàn)+Y翼太陽電池陣充電陣電流明顯小于設計值，-Y翼太陽電池陣充電陣電流正常，通過故障樹分析并觀察電源分系統(tǒng)其它遙測參數(shù)，判斷是+Y翼太陽電池陣部分被星體遮擋，即減小了+Y翼太陽電池陣的有效光照面積。

本發(fā)明應用之前，關于航天器在軌運行時太陽電池陣被星體遮擋的確定尚無理論研究。因此，必須提出一種太陽電池陣在軌被遮擋的確定方法，用于定性和定量確定太陽電池陣被遮擋的情況，以滿足航天器總體設計的需求。

發(fā)明內容

為了研究衛(wèi)星在軌運行時太陽電池陣被星體遮擋的情況，本發(fā)明提供一種衛(wèi)星在軌運行時太陽電池陣被星體遮擋的確定方法，解決衛(wèi)星在軌運行時因太陽電池陣被遮擋而造成的充電陣電流異常等問題。

為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明為解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種衛(wèi)星太陽電池陣在軌被遮擋的確定方法，其特征在于：

通過研究衛(wèi)星軌道太陽光照角年平均變化規(guī)律和衛(wèi)星在軌期間太陽仰角隨緯度變化情況，結合衛(wèi)星構型特點，確定衛(wèi)星太陽電池陣（1）被星體（2）遮擋與否，計算遮擋面積大小，并確定遮擋面積在一軌和一年內的變化趨勢，根據(jù)該結果解決衛(wèi)星在軌運行時因太陽電池陣被遮擋而造成的充電陣電流異常問題。

對于衛(wèi)星運行一軌的周期內，認為軌道光照角近似不變，在假設太陽電池陣嚴格對日定向的基礎上，分兩種情形進行：

情形一：衛(wèi)星飛越地球兩極時，太陽電池陣面與星體對地面垂直，星體在電池陣上的投影為星體外形的一次投影。

情形二：衛(wèi)星在升軌或降軌段光照區(qū)飛行時，太陽從斜下方或斜上方照射衛(wèi)星，星體在太陽電池陣上的投影隨時間變化且不規(guī)則。對此解決方法是將星體中可能遮擋到太陽電池陣的部分根據(jù)軌道光照角和太陽仰角進行二次投影，得到太陽電池陣上實際被遮擋部分的形狀。

根據(jù)一軌內衛(wèi)星太陽仰角的變化情況，仿照情形一和情形二太陽電池陣遮擋的研究，給出衛(wèi)星在一軌中太陽電池陣被遮擋的情形。

對于衛(wèi)星運行一年的周期內，仿照所述的衛(wèi)星一軌內太陽電池陣被遮擋形狀的確定方法，根據(jù)一年內軌道光照角的變化，得到衛(wèi)星太陽電池陣被星體遮擋的最大面積在一年內的變化情況。

本發(fā)明提供一種上述方法的應用，即用于指導工程設計，在不改變原有太陽電池陣結構的基礎上，提出優(yōu)化電池片布片方式來減少被遮擋帶來的影響的方案。

所述優(yōu)化電池片布片方式，即：根據(jù)太陽電池陣在軌被遮擋的確定結果，在不改變原有太陽電池陣結構的基礎上，將衛(wèi)星太陽電池陣的電池片布片方向由沿著星體Y方向串接，調整為與Y方向垂直的方向，以減少遮擋帶來的影響。

所述優(yōu)化電池片布片方式進一步包含：將衛(wèi)星太陽電池陣的電池片由單結砷化鎵變?yōu)槿Y砷化鎵，提高轉換效率。

所述優(yōu)化電池片布片方式還包含：衛(wèi)星太陽電池陣的在常遮擋區(qū)域不貼片或布假片。

本發(fā)明帶來以下有益效果：

本發(fā)明提供的一種衛(wèi)星太陽電池陣在軌被遮擋的確定方法，對衛(wèi)星一軌中的所有可能進行了研究，并且結合一年內軌道光照角變化，得到太陽電池陣被遮擋最大面積隨時間的變化規(guī)律。通過科學的計算和可信的仿真，方法的結果與衛(wèi)星在軌的實際情況相符,合理而準確地解釋了充電陣電流異常問題，還解決了衛(wèi)星太陽電池片布片方式的優(yōu)化設計問題。因此，本發(fā)明對于衛(wèi)星等采用太陽電池陣作為主要能源供給的航天器提高構型設計的合理性，提升太陽電池片的利用效率有良好效果，應用前景廣泛。

附圖說明

圖1為本發(fā)明太陽電池陣與星體的結構示意圖。

圖2為本發(fā)明衛(wèi)星的有效載荷艙和衛(wèi)星服務艙的結構示意圖。

圖3為一年內軌道光照角變化曲線。

圖4為衛(wèi)星太陽仰角隨緯度變化曲線。

圖5為衛(wèi)星穿越北極時的狀態(tài)示意圖。

圖6為衛(wèi)星穿越北極時太陽電池陣被遮擋關系示意圖。

圖7為衛(wèi)星穿越南極時太陽電池陣被遮擋關系示意圖。

圖8為衛(wèi)星在軌太陽仰角示意圖。

圖9為衛(wèi)星剛進光照區(qū)時的飛行狀態(tài)示意圖。