倾斜轨道卫星能量平衡优化分析方法

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1、V01．23No．4航天器工程第23卷第4期!!墨!垒曼垦堡垦垒里!垦丛生!堕垦垦垦!盟鱼!!!!堡!旦倾斜轨道卫星能量平衡优化分析方法李小飞乔明陈琦(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要倾斜轨道卫星的光照条件和外热流变化规律复杂，使得卫星负载功率和输入功率处于复杂动态变化之中，这给卫星能量平衡准确分析带来很大的困难。文章提出一种基于卫星能量动态关联模型的能量平衡优化分析方法，通过合理选择电源工作模式和准确定位卫星最恶劣能量平衡情况，实现电源系统合理配置，优化能量平衡分析流程。以某倾斜轨道卫星的能量平衡优化分析实践为例，应用该方

2、法建立的能源动态关联模型，可以准确确定太阳电池阵输出能力和储能设备容量，减小电源系统质量和尺寸，由此表明该分析合理、可行。关键词倾斜轨道卫星；动态关联；能量平衡；优化分析中图分类号：V442文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2014．04．009OptimumAnalysisMethodofPowerBalanceforInclined·orbitSatelliteLIXiaofeiQIAOMingCHENQi(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，

3、Beijing100094，China)Abstract：Theilluminationandspaceheatfluxofaninclined—orbitsatellitechangecomplexly，whichcausethecomplexvariationofsatelliteinputpowerandoutputpower，andbringhighdiffi—cultiesinexactanalysisofsatellitepowerbalance．Thispaperproposesanoptimumanalysismethodo

4、fpowerbalanceforinclined-orbitsatellite．Throughthereasonablechoiceofpowermodeandtheexactvalidationofworsestateofpowerbalance，areasonableconfigurationofelectricalpowersystemisachievedandthedesignprocessofpowerbalanceanalysisisoptimized．Inoptimaldesignofasat—ellite，adynamicm

5、odelbasedonthemethodisestablishedwhichcanexactlydeterminethesolararrayoutputpowerandthebatterycapacity，andalsocanreducethemassanddimensionoftheelectricalpowersystem．Theresultsshowthatthedesignmethodisreasonableandfeasible．Keywords：inclined—orbitsatellite；dynamicrelevancy；p

6、owerbalance；optimumanalysis1引言当前低轨卫星平台正在向轻量化方向发展，电源作为卫星关键分系统，约占卫星质量的30％[1]，电源的轻量化设计对于提高卫星对载荷的适应性和提升卫星竞争力有重要意义。卫星能量平衡分析作为电源系统设计的重要依据，其分析结果直接决定了电源系统配置和质量。对于运行在倾斜轨道的卫星，太阳光与轨道面之间的夹角(口角)一般变化范围很大，卫星轨道光照条件和轨道外热流变化规律复杂，使得热控功率不断变化，相应卫星平台功率不断变化，卫星能量平衡处于复杂动态变化之中[2。3]。在这种情况下，采用传统的静态能量

7、平衡分析方法，就难以准确定位卫星能量平衡的极端情况，若选取寿命末期最恶劣光照条件下供电输入功率和负载峰收稿日期：2014—03—04；修回日期：2014—06—13作者简介：李小飞，男，工程师，从事航天器供配电总体设计工作。Email：lixiaofeill6@163．com。第4期李小飞等：倾斜轨道卫星能量平衡优化分析方法值功率等边界条件进行卫星静态能量平衡分析[4]，其分析结果虽然能够对电源系统设计进行评估和约束，但不足之处也很明显，由于分析中未考虑卫星能量供需之间的相对变化，电源系统的实际裕度高于设计裕度。过设计不仅会增加电源系统的研

8、制成本，而且使电源系统对卫星总体质量需求和太阳翼尺寸需求增加，增大了卫星设计难度，特别是对于资源较为紧张的卫星来说可能难以承受，因此，探索适应倾斜轨道的能量平衡分析方法是十分必要