[發明專利]一種支持在軌維修的空間低軌高壓電源系統

在審

• 申請號: 202110336175.X
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113071717A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 冷學敏;馬季軍;喬衛新;王田;周妍;葛茂艷
• 申請（專利權）人: 上海空間電源研究所
• 主分類號: B64G1/42
• 分類號: B64G1/42;B64G1/44;H02J1/10;H02J7/35
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 程何

一種支持在軌維修的空間低軌高壓電源系統，屬于空間電源技術領域。本發明包括兩條獨立的功率通道，兩條功率通道功能組成相同，通過能源并網為航天器負載提供能量；每條功率通道以太陽電池翼為起點，母線濾波器為終點，形成一條獨立的100V供電母線；每條功率通道包括太陽電池翼、驅動機構、分流調節器、母線濾波器、綜合驅動控制器、充放電調節器、鋰離子蓄電池組和電源管理器；太陽電池翼、分流調節器、母線濾波器、綜合驅動控制器、充放電調節器、鋰離子蓄電池組、電源管理器為最小可更換單元ORU。本發明在電源系統相關產品出現故障情況下，通過航天員在軌進行維修操作，延長電源系統的使用壽命。

技術領域

本發明涉及一種支持在軌維修的空間低軌高壓電源系統，屬于空間電源技術領域。

背景技術

早期的空間項目中，航天系統任務時間短，功率小，系統較為簡單，且受人在地外活動的約束，通常的做法是通過使用高可靠性的(零)部組件或大量的冗余設計和在軌備份來實現航天器的高可用性和高安全性。隨著我國載人航天第三階段的開展，我國將建造長期有人駐留的空間站。空間站不同于我國以往任何在軌飛行器，是一個長壽命、高可靠、高壓大功率的載人飛行器，系統更加復雜。要實現其在軌15年長壽命、高可用性任務需求，僅靠提高部組件可靠性的代價是高昂、甚至不切實際的，而受航天器發射重量、功耗、總體布局、總裝等種種因素的制約，也無法使用大量的冗余設計和在軌備份。如何延長空間系統的使用壽命和減低運營費用就成為一個重要的問題。和平號、國際空間站等國外空間站正是通過大量在軌維護來實現甚至延長航天器使用壽命的。由此可見，維修是保證空間站長期在軌可靠運營必不可少的手段。

電源系統作為航天器的能源供給，是保證航天器高可靠、長壽命的關鍵系統之一，也是航天器中故障頻率較高的系統之一。據統計，電源系統故障比例占整個航天器系統的24％。相對于以往航天器電源系統，空間站電源系統功率需求更大，系統組成更復雜。為保證電源系統在軌長期可靠運行，簡化電源系統的設計，必須結合可靠性開展維修性設計工作。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種支持在軌維修的空間低軌高壓電源系統，在電源系統相關產品出現故障情況下，通過航天員在軌進行維修操作，延長電源系統的使用壽命。

本發明的技術解決方案是：一種支持在軌維修的空間低軌高壓電源系統，包括兩條獨立的功率通道，兩條功率通道功能組成相同，通過能源并網為航天器負載提供能量；

每條功率通道以太陽電池翼為起點，母線濾波器為終點，形成一條獨立的100V供電母線；

每條功率通道包括太陽電池翼、驅動機構、分流調節器、母線濾波器、綜合驅動控制器、充放電調節器、鋰離子蓄電池組和電源管理器；太陽電池翼、分流調節器、母線濾波器、綜合驅動控制器、充放電調節器、鋰離子蓄電池組、電源管理器為最小可更換單元ORU。

進一步地，一臺充放電調節器與一組鋰離子蓄電池組組成一個機組；

機組數量根據功率通道負載需求配置；

各機組互相獨立，通過并聯入網。

進一步地，工作模式包括功率通道斷電、機組斷電、僅ORU斷電三種維修工作模式。

進一步地，太陽電池翼通過光電轉換為功率通道提供持續電能；分流調節器根據負載需求對太陽電池翼提供的電能進行供電、分流調節；母線濾波器匯集太陽電池翼和蓄電池組能量，通過能源并網為負載供電；

太陽電池翼、分流調節器、母線濾波器采用功率通道斷電維修工作模式。

進一步地，母線濾波器中設置穩壓供電開關，用于通過功率通道斷電維修的ORU維修后功率通道再次上電；穩壓供電開關為繼電器，繼電器線包供電由另一功率通道總體電路28V指令母線由提供。

進一步地，鋰離子蓄電池組通過所在機組的充放電調節器進行充電調節和放電輸出；各機組間功能互相獨立，通過并聯接入系統；