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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-Skymed 330

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