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第一篇 航天器电源系统设计3

第1章 绪论3

1.1 定义和功能4

1.2 电源系统的分类和组成6

1.2.1 分类6

1.2.2 组成7

1.3 一次电源系统8

1.3.1 发电技术8

1.3.2 储能技术16

1.3.3 电源控制技术23

1.4 总体电路系统25

1.4.1 配电体制25

1.4.2 总体电路的任务及组成26

1.4.3 过流保护技术26

1.5 航天器电源系统研制流程29

1.5.1 研制阶段29

1.5.2 研制流程32

1.6 电源系统评价35

1.7 我国航天器电源发展37

1.7.1 航天器电源技术发展37

1.7.2 航天器配电和总体电路技术发展40

第2章 一次电源系统设计43

2.1 设计依据与约束44

2.1.1 空间环境及影响46

2.1.2 飞行任务52

2.1.3 航天器电源系统设计相互制约的因素53

2.1.4 飞行程序54

2.1.5 光照条件54

2.1.6 载荷配置与负载特性59

2.2 电源系统的拓扑结构61

2.2.1 母线电压61

2.2.2 母线体制62

2.2.3 太阳电池阵功率调节64

2.2.4 能量传输方式69

2.2.5 母线电压调节方式70

2.2.6 太阳电池阵布装74

2.3 电源系统设计与计算78

2.3.1 太阳电池阵78

2.3.2 蓄电池组83

2.3.3 电源控制装置89

2.3.4 能量平衡分析92

第3章 总体电路系统设计101

3.1 概述102

3.2 工作环境及约束103

3.2.1 电磁环境103

3.2.2 力学环境104

3.2.3 热环境105

3.2.4 空间环境105

3.2.5 其他环境105

3.3 系统设计107

3.3.1 负载供电优先级设计109

3.3.2 配电母线体制设计109

3.3.3 配电母线控制设计110

3.3.4 母线保护设计114

3.4 接地与搭接设计119

3.4.1 接地系统设计119

3.4.2 航天器接地与搭接设计120

3.4.3 航天器接地与搭接设计示例121

3.5 总体电路接口设计124

3.5.1 概述124

3.5.2 星（器）箭接口设计124

3.5.3 星（器）地接口设计125

3.5.4 其他关键接口设计126

3.6 总体电路设计127

3.6.1 配电管理器127

3.6.2 火工品管理器131

3.6.3 电缆网133

第二篇 航天器电源系统可靠性设计与测试147

第4章 电源系统可靠性与安全性设计147

4.1 设计概述148

4.2 可靠性定量指标的预计与分配152

4.2.1 可靠性模型建立152

4.2.2 可靠性预计153

4.2.3 可靠性分配154

4.3 热设计和抗力学环境设计155

4.3.1 热设计155

4.3.2 抗力学环境设计157

4.4 降额和冗余裕度设计159

4.4.1 降额设计159

4.4.2 冗余设计160

4.4.3 裕度设计161

4.5 电磁兼容和防静电放电设计163

4.5.1 电磁兼容设计163

4.5.2 防静电放电设计164

4.6 抗辐射设计167

4.6.1 太阳电池阵抗辐射设计168

4.6.2 电子设备抗辐射设计169

4.7 供电安全设计171

4.7.1 一般原则171

4.7.2 蓄电池组安全设计172

4.7.3 总体电路安全设计173

4.7.4 综合测试安全设计173

第5章 电源系统技术风险分析与控制175

5.1 技术风险概述176

5.1.1 技术风险策划177

5.1.2 技术风险识别与评价179

5.1.3 技术风险应对179

5.1.4 技术风险监控180

5.2 技术风险分析与控制项目182

5.2.1 任务分析182

5.2.2 关键特性识别和设计裕度量化分析184

5.2.3 接口匹配性分析185

5.2.4 抗单粒子防护和供电安全措施有效性分析186

5.2.5 故障模式危害性分析186

5.2.6 故障预案充分性及其验证情况分析188

第6章 电源系统性能、测试与环境试验189

6.1 电源系统性能190

6.1.1 太阳电池阵190

6.1.2 蓄电池组191

6.1.3 电源控制装置192

6.1.4 配电器194

6.1.5 一次母线194

6.2 电源系统测试技术196

6.2.1 测试设备196

6.2.2 单机设备测试197

6.2.3 系统测试209

6.3 电源系统环境试验216

6.3.1 电源控制器、配电器的热试验217

6.3.2 太阳电池阵的静电放电试验220

6.3.3 蓄电池的安全试验225

第7章 电源系统在轨运行与管理229

7.1 在轨运行230

7.1.1 飞控和在轨测试230

7.1.2 遥控指令管理231

7.1.3 遥测参数分析231

7.1.4 常规操作232

7.2 蓄电池组在轨管理233

7.2.1 镉镍蓄电池组在轨管理233

7.2.2 氢镍蓄电池组在轨管理237

7.2.3 锂离子蓄电池组在轨管理243

7.3 电源系统关键特性变化趋势分析249

7.3.1 太阳电池阵输出功率变化趋势249

7.3.2 蓄电池组性能变化趋势254

第8章 电源系统自主管理258

8.1 电源系统故障概述259

8.2 电源系统故障模式263

8.2.1 太阳电池阵故障263

8.2.2 蓄电池组故障265

8.2.3 电源控制装置故障267

8.2.4 配电开关与电缆269

8.3 电源系统故障诊断271

8.3.1 故障诊断技术271

8.3.2 特征模型建模基本方法272

8.4 自主管理系统设计274

8.4.1 自主管理范围与定义274

8.4.2 自主管理总体设计276

8.4.3 三种控制回路的应用281

8.4.4 能源动态调度管理技术283

8.5 发展趋势288

第三篇 航天器电源系统设计示例291

第9章 通信卫星电源系统设计示例291

9.1 通信卫星电源系统特点292

9.2 国外通信卫星电源系统293

9.2.1 阿耳忒弥斯卫星293

9.2.2 欧洲通信卫星公司W3A卫星297

9.2.3 阿尔法卫星300

9.3 通信卫星电源系统设计举例304

9.3.1 设计条件304

9.3.2 系统设计305

9.3.3 太阳电池阵设计305

9.3.4 蓄电池组设计307

9.3.5 电源控制设备设计307

第10章 导航卫星电源系统设计示例309

10.1 导航卫星电源系统特点310

10.2 国外导航卫星电源系统312

10.2.1 GPSⅢ试验卫星312

10.2.2 “伽利略-A/B”试验卫星313

10.3 MEO轨道导航卫星电源系统设计举例318

10.3.1 设计条件318

10.3.2 系统设计319

10.3.3 太阳电池阵设计320

10.3.4 蓄电池组设计322

10.3.5 电源控制设备设计323

第11章 遥感卫星电源系统设计示例327

11.1 遥感卫星电源系统特点328

11.2 国外遥感卫星电源系统330

11.2.1 地中海盆地观测小卫星Cosmo-Skymed330

11.2.2 法国遥感卫星Pleiades卫星332

11.3 遥感卫星电源系统设计举例336

11.4 设计条件337

11.4.1 系统设计337

11.4.2 太阳电池阵设计338

11.4.3 蓄电池组设计340

11.4.4 电源控制设备设计342

第12章 载人航天器电源系统设计示例345

12.1 载人航天器电源系统特点346

12.2 国外载人航天器电源系统348

12.2.1 国际空间站348

12.2.2 “阿波罗”飞船350

12.3 载人航天器电源系统设计举例353

12.3.1 设计条件353

12.3.2 系统设计354

12.3.3 太阳电池阵设计356

12.3.4 蓄电池组及充电管理356

12.3.5 电源控制与管理356

12.3.6 配电系统设计357

12.3.7 组合体并网供电方案358

第13章 深空探测器电源系统设计示例359

13.1 深空探测器电源系统特点360

13.1.1 地内天体探测361

13.1.2 地外天体探测363

13.2 国外深空探测器电源系统367

13.2.1 ESA“火星快车”367

13.2.2 NASA“好奇号”369

13.2.3 NASA“黎明号”小行星探测器372

13.3 “嫦娥三号”探测器电源系统设计举例377

13.3.1 设计要求377

13.3.2 系统设计378

13.3.3 着陆器太阳电池阵设计380

13.3.4 着陆器蓄电池组设计383

13.3.5 着陆器电源控制设计384

13.3.6 休眠唤醒设计385

13.3.7 多器间能源复用设计技术385

第四篇 空间电源发展趋势及新型电源系统391

第14章 空间任务需求及电源发展趋势391

14.1 概述392

14.2 未来空间任务需求393

14.2.1 遥感领域需求393

14.2.2 导航与通信领域需求393

14.2.3 深空探测领域需求394

14.2.4 载人航天领域需求394

14.2.5 微小卫星领域需求395

14.3 空间电源发展趋势396

14.3.1 高压大功率396

14.3.2 多负载特性匹配能力397

14.3.3 智能自主管理397

14.3.4 复杂任务及环境适应能力398

14.3.5 小型化、模块化、集约化398

14.3.6 可扩展、可维护399

第15章 空间新型电源系统与技术400

15.1 高压大功率电源系统401

15.1.1 概述401

15.1.2 研究与应用现状402

15.1.3 关键技术404

15.2 无线能量传输技术409

15.2.1 概述409

15.2.2 基本原理411

15.2.3 研究现状及关键技术416

15.2.4 航天应用前景422

15.3 空间核电源424

15.3.1 概述424

15.3.2 研究与应用现状426

15.3.3 关键技术429

15.4 空间太阳能电站433

15.4.1 概述433

15.4.2 空间太阳能电站电源系统研究情况434

15.4.3 空间太阳能电站关键技术437

15.4.4 空间太阳能电站电能管理需求及发展路线438

15.5 微纳卫星电源系统441

15.5.1 概述441

15.5.2 关键技术443

15.5.3 应用及发展趋势447

15.6 空间能源互联系统452

15.6.1 概述452

15.6.2 能源互联研究现状及空间发展目标453

15.6.3 空间能源互联关键技术455

15.6.4 空间能源互联构想457

参考文献461

缩略语468

索引472