[發明專利]航天器太陽翼在軌全壽命周期輸出功率預示方法和系統

有效

• 申請號: 201710813891.6
• 申請日: 2017-09-11
• 公開（公告）號: CN107703353B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 姜東升;彭梅;王巍巍
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G01R21/06
• 分類號: G01R21/06
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 溫子云;仇蕾安

本發明公開了一種航天器太陽翼在軌全壽命周期輸出功率預示方法和系統，首先根據太陽翼在軌輸出短路電流和開路電壓的遙測數據和地面標校數據，計算在軌各個時刻的太陽翼輸出特性綜合衰減因子，擬合得到該綜合衰減因子隨時間的變化曲線；針對待預示的在軌任意時刻t，根據實時的太陽翼的太陽入射角、在軌工作溫度、日地距離，以及從所述變化曲線中獲得t時刻的兩個衰減因子F_I(t)和F_V(t)，計算太陽翼輸出特性，預示太陽翼在軌任意時刻輸出功率。本發明克服了傳統估算方法只能計算壽命末期太陽翼輸出功率的缺點，而且能夠有效反應太陽翼在軌的真實性能。

技術領域

本發明屬于航天技術領域，涉及一種航天器太陽翼在軌全壽命周期輸出功率預示方法和系統。

背景技術

太陽翼是利用光電轉換器件組合成的發電系統，負責在光照期為航天器母線提供功率同時為蓄電池組充電。在航天器方案階段進行太陽翼電性能設計時，必須考慮溫度交變、帶電粒子輻射、紫外輻射、微流星等的影響造成太陽電池性能衰降，確保在整個壽命周期太陽翼在軌性能衰降后的實際輸出功率滿足航天器壽命期間的功率需求。準確預示航天器太陽翼在軌全壽命周期的輸出功率，對于開展太陽翼設計，實時規劃航天器的任務實現自主管理，提高航天器在軌監測的效率并及時故障預警具有重要意義。

早期工程師對太陽翼壽命末期輸出功率的分析計算是根據航天器留軌壽命，航天器軌道輻射環境條件，從電源生產部門試驗獲得太陽電池片的各項誤差、衰減、損失因子(見表1)，文獻[1](鄢婉娟,太陽同步軌道衛星電源系統設計計算方法研究.中國空間科學技術，VOl.21.No.2.2001)供設計師進行太陽電池陣功率估算的方法。這些系數除了電壓輻照衰降因子和電流輻照衰降因子是通過地面試驗獲得，其它因子均根據工程經驗設定。

表1太陽電池片設計參數

根據以下公式可以計算出每片太陽電池在壽命末期最佳功率點的電壓：

式中：(V_mp)_EOL----壽命末期太陽電池片最大功率點電壓

V_mp----壽命初期最大功率點太陽電池片電壓

T----在軌工作溫度

根據以下公式可以計算出每片太陽電池在壽命末期最佳功率點的電流：

式中：(I_mp)_EOL----壽命末期太陽電池片電流

I_mp----壽命初期最大功率點太陽電池片電流

T----在軌工作溫度

這種估算方法只給出了壽命末太陽翼輸出電流、電壓的衰減因子，缺少在軌整個壽命周期的輸出特性的衰減數據，同時除了電壓輻照衰降因子和電流輻照衰降因子是通過地面試驗獲得，其它因子均根據工程經驗設定，缺少實際數據支撐，與在軌實際情況存在差距。

為了解決上述問題，2011年中國空間技術研究院總體部工程師彭梅研究了一種利用衛星太陽翼在軌輸出電流遙測數據進行日地距離因子、太陽入射角、太陽翼溫度等影響因素用歸一化處理，擬合出太陽翼輸出電流衰減因子的方法。該方法可以很好的計算出太陽翼在軌輸出電流的衰減趨勢，但由于其僅僅采用遙測數據進行影響因素的擬合，且僅僅擬合出一個趨勢，這對于準確估算太陽翼的在軌輸出I-V，同時估算不同工作電壓點的輸出功率還存在不足。

目前國際國內上常用的兩種航天器太陽翼在軌輸出功率估計方法存在以下缺點：