空间防御自感知修复卫星电源系统及方法 |
|||||||
| 申请号 | CN202311812456.3 | 申请日 | 2023-12-27 | 公开(公告)号 | CN117955429A | 公开(公告)日 | 2024-04-30 |
| 申请人 | 苏州吉天星舟空间技术有限公司; | 发明人 | 徐拓奇; 吴雨生; 张刘; 时信华; 张柯; 张贵祥; 郑潇逸; | ||||
| 摘要 | 空间防御自 感知 修复卫星电源系统及方法，涉及卫星电源系统领域，解决现有太阳 电池 阵表面电池片受到破坏时，造成太阳电池阵整体出现故障且无法正常工作，导致卫星失效等问题。本系统中的太阳电池阵由若干个太阳电池微阵组件组成；电源 控制器 控制微阵组件器，将若干个太阳电池微阵组件组成太阳电池阵为系统供电，当太阳电池微阵组件出现异常时，电源控制器通过相机矩阵监控太阳电池微阵组件的实际情况，通过 图像识别 和分析，判断出现故障的太阳电池微阵组件，将太阳电池阵进行重构，将失效的太阳电池微阵组件剔除系统，实现太阳电池阵利用率最大化。本 发明 最大限度地利用保留的帆板电池子阵为系统供电。 | ||||||
| 权利要求 | 1.空间防御自感知修复卫星电源系统，该系统包括太阳电池阵、蓄电池组、分流调节器、充电控制器和放电控制器；其特征是：还包括微阵组件器、相机矩阵和电源控制器；所述太阳电池阵由若干个太阳电池微阵组件组成； |
||||||
| 说明书全文 | 空间防御自感知修复卫星电源系统及方法技术领域[0001] 本发明涉及卫星电源系统领域，具体涉及一种空间防御自感知修复卫星电源系统及方法。 背景技术[0002] 传统的卫星电源系统，一般由太阳电池阵、蓄电池组、分流调节器、充电控制器和放电控制器组成。如图1所示。太阳电池阵用于将光能转变为电能，为整个系统供电。当太阳电池阵产生的电能多于系统消耗的时候，且蓄电池组已经充满时，分流调节器工作，将多余的电能消耗掉；当太阳能电池阵产生的电能多于蓄电池组消耗，且蓄电池组未充满，此时太阳电池阵为系统供电的同时，充电控制器控制为蓄电池组充电；当太阳能电池阵产生的电能不足以维持系统供电时，蓄电池组通过放电控制器向系统供电。此时太阳电池阵为一个整体，当一部分太阳电池阵由于外部原因损害时，整串太阳电池阵均出现故障且无法正常工作。此时可能会造成母线电压不稳定或载荷无法开机等情况，甚至造成卫星失效。 [0003] 综上所述，太阳电池阵作为卫星星体表面最大的系统部件，极其容易遭遇空间武器或空间碎片的攻击。攻击情况一般表现为对太阳电池阵表面电池片的破坏。这样会造成太阳电池阵整个分阵的损伤，造成卫星使用寿命下降或卫星失效。 发明内容[0004] 本发明为解决现有太阳电池阵表面电池片受到破坏时，造成太阳电池阵整体出现故障且无法正常工作，进一步导致卫星失效等问题，提供一种空间防御自感知修复卫星电源系统。 [0005] 一种空间防御自感知修复卫星电源系统，该系统包括太阳电池阵、蓄电池组、分流调节器、充电控制器和放电控制器；还包括微阵组件器、相机矩阵和电源控制器；所述太阳电池阵由若干个太阳电池微阵组件组成； [0006] 所述电源控制器控制微阵组件器，将若干个太阳电池微阵组件组成太阳电池阵为系统供电，当太阳电池微阵组件出现异常时，电源控制器通过相机矩阵监控太阳电池微阵组件的实际情况，通过图像识别和分析，判断出现故障的太阳电池微阵组件，再通过太阳电池阵重构技术，将所述太阳电池阵进行重构，将失效的太阳电池微阵组件剔除出系统，实现太阳电池阵利用率最大化。 [0007] 本发明还提供一种空间防御自感知修复卫星电源方法，该方法由以下步骤实现： [0008] 步骤一、判断太阳电池阵输出电流是否正常，如果否，执行步骤二；如果是，执行步骤六； [0009] 步骤二、依次连接监视相机并获取太阳电池阵的图像信息，根据所述图像信息获得当前太阳电池阵的工作状态；执行步骤三； [0010] 步骤三、判断当前电池阵的工作状态是否正常，如果是，执行步骤六；如果否，执行步骤四； [0011] 步骤四、进行太阳电池阵结构重构，执行步骤五； [0012] 步骤五、重构后判断当前是否为最佳状态，如果是，记录当前状态并返馈至卫星中心计算机，执行步骤六；如果否，返回步骤四； [0013] 步骤六、判断蓄电池组是否正常，如果是，执行步骤七；如果否，进行锂离子电池故障置位，执行步骤七； [0014] 步骤七、判断分流调节器是否正常，如果是，执行步骤八；如果否，进行分流调节器故障置位，执行步骤八； [0015] 步骤八、判断充电控制器是否正常，如果是，执行步骤九；如果否，充电控制器故障置位，执行步骤九； [0016] 步骤九、判断放电控制器是否正常，如果是，执行步骤十；如果否，放电控制器故障置位，执行步骤十； [0018] 步骤十一、判断卫星中心计算机是否与相机控制器进行通信，如果是，则将数据发送至卫星中心计算机，读取卫星中心计算机指令，等待100ms，返回步骤一；如果否，等待10ms，继续执行步骤十一。 [0019] 本发明的有益效果：采用空间防御自感知修复方式，可以保证卫星电源系统在表面太阳能帆板受到物理攻击的情况下也可以通过自重构技术，最大限度地利用保留的帆板电池子阵为系统供电。 [0021] 图1为传统卫星电源系统结构图； [0022] 图2为空间防御自感知修复卫星电源系统原理框图； [0023] 图3为太阳电池微阵组件结构图； [0024] 图4为微阵组件器结构图； [0025] 图5为相机矩阵监视范围图； [0026] 图6为电源控制器结构图； 具体实施方式[0028] 具体实施方式一、结合图2至图6说明本实施方式，空间防御自感知修复卫星电源系统，该系统包括太阳电池微阵组件、微阵组件器、相机矩阵、电源控制器、锂离子蓄电池组、分流调节器、充电控制器和放电控制器；如图2所示，电源控制器控制微阵组件器，将太阳电池微阵组件组成太阳电池阵为系统供电。当太阳电池微阵组件出现异常时，电源控制器通过相机矩阵监控太阳电池微阵组件的实际情况，通过图像识别和分析，判断出出现故障的太阳电池微阵组件，在通过太阳电池阵重构技术，将原有的太阳电池微阵组件进行重构，尽量将损坏的太阳电池微阵组件剔除出系统，实现太阳电池微阵组件利用率最大化。如果卫星中心计算机发出请求，电源控制器可以将失效部分太阳电池微阵组件的图像传递给中心计算机用于地面判断与处理。 [0029] 本实施方式中，太阳电池微阵组件成为太阳电池阵最小单元，每个可重构最小单元还是由若干个太阳电池片组成。当某一太阳电池微阵组件出现故障后，可以通过对组织重构的方式，根据当前太阳电池阵的实际受损情况，将受损电池阵从系统中剔除，重新组件新型太阳电池子阵，最大限度利用电池阵的使用效能。多个太阳电池子阵组成太阳电池阵，最终为系统供电。 [0030] 太阳电池微阵组件结构图如图3所示，每个微阵组件可独立工作，各个微阵组件由独立的正极和负极。可以通过连接多个正负极组成电池阵组，由电池阵组为系统供电。其中，A1‑a至X1‑a连接太阳电池阵输出引出正极，An‑b至Xn‑b连接太阳电池阵输出引出负极。 [0031] 本实施方式中，所述微阵组件器采用各种微型MOS管或磁保持继电器组成，用于连接各个太阳电池微阵组件，通过对各个微阵组件的连接关系进行排列组合，实现对各个微阵组件进行重构设计。 [0032] 微阵组件器组件结构图如图4所示，该组件由若干个微组件组成，每个阵微组件器与一个太阳电池微阵组件对应。电源控制器控制微阵组件器的开关，从而控制太阳电池微阵的组合形态，从而实现微阵组件的可重构。图中，A1‑b节点可以与A2‑a至X2‑a之间任意一个节点进行切换，实现太阳电池阵重构。 [0033] 本实施方式中，相机矩阵：由设置在太阳电池阵上的若干微小红外监控摄像头组成，用于监视太阳电池阵在一定范围内的变化(在光照区，温度一般在‑90℃～120℃之间)，并将电池阵图像数据传输给电源控制器。如图5所示，每个摄像头(相机)可以监视n个(3‑5个)太阳电池微阵组件的工作情况。 [0034] 如图6所示，本实施方式中，电源控制器由控制器核心芯片电路、控制总线接口、图像总线接口和微阵组件接口电路组成；控制器核心芯片电路为电源控制器的核心，为了保证设备可靠性，一般采用冷备份方式提高其可靠性。当A控制电路工作出现故障后，可通过指令切换到B控制芯片进行工作，以保证系统的可靠性。控制总线接口电路为控制器与卫星中心计算机直接的接口，用于接收中心计算机的指令，并将电源信息数据发布给中心计算机。图像总线接口，用于将相机矩阵中的图像通过总线的形式接入控制器，可以实时获得太阳电池阵的实际情况。微阵组件接口电路为驱动接口电路，用于控制驱动微阵组件器。电源系统状态检测接口，用于检测当前电源系统的工作状态，包括检测各个太阳电池子阵电流、分流调节器分流状态、母线电压、放电调节器放电状态，充电控制器器充电状态等信息。 [0035] 本实施方式中，锂离子蓄电池组用于在太阳电池阵供电不足的情况下，特别是在卫星阴影区为卫星提供供电,当卫星进入光照区时，太阳电池阵输出的电能大于系统用电的功率时，太阳电池阵为系统充电； [0036] 本实施方式中，分流调节器在当太阳电池阵的能量多余整星消耗时，且此时蓄电池充电完毕后，对太阳电池阵进行分流，防止母线电压过高；分流调节器是采用硬件电路搭建的，可以根据母线电压自行进行调节，无需控制器介入进行控制。 [0037] 本实施方式中，所述充电控制器实时检测蓄电池电压，当蓄电池电压达到某一阈值时，控制采用恒流充电，控制蓄电池充电电流，防止出现蓄电池过冲的情况，保障电源系统和整星的安全。充电控制器采用硬件电路搭建，无需控制器介入就可以进行充电调节控制。 [0038] 本实施方式中，放电控制器实时监控蓄电池的电压，当蓄电池的电压低于某个阈值时，自动切断放电开关，让锂离子蓄电池停止放电。这样可以保护锂离子蓄电池过放电对电池本身造成的损伤。当蓄电池的电压高于某一阈值时，既不存在过放电危险时，放电控制器控制开关将锂离子蓄电池放电通路再次打开。在必要时，电源控制器也可以强行控制放电控制器打开放电开关。 [0039] 具体实施方式二、结合图7说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式一所述的空间防御自感知修复卫星电源系统的方法，程序开始运行后，首先读取系统设置的各种参数与变量。具体步骤如下： [0040] 判断太阳电池阵输出电流是否正常。如果不正常则如下操作：首先依次连接监视相机并获取电池阵的图像信息，通过获取的图像信息判断当前电池阵的工作状态，判断当前工作状态是否正常，如果正常则跳过下一个状态判断，如果不正常则将存在问题的子阵进行替换，重构太阳电池阵，重构后判断当前是否为最佳状态，如果不是最佳状态则再次进行重构。直到判断依据满足后记录当前状态。 [0041] 如果太阳电池阵正常则判断锂离子电池是否正常，如果不正常则置位，如果正常则跳过； [0042] 判断分流调节器是否正常，如果不正常则置位，如果正常则判断充电控制器是否正常，如果不正常则置位，如果正常则判断放电调节器是否正常，如果不正常则置位，然后判断是否需要打开放电开关，如果需要则打开开关，然后判断卫星中心计算机是否与相机控制器进行通信，如果未通信则等待10ms，再进行判断，如果通信了就将当前数据发送给中心计算机，并接收中心计算机的信息，读取指令，等待100ms后再进行判断太阳电池阵电流是否正常，如此往复。 [0043] 本实施方式中，所述锂离子电池故障置位，分流调节器故障置位，充电控制器故障置位以及放电控制器故障置位均通过卫星中心计算机向电源控制器发送指令，启动备份的锂离子电池，分流调节器，充电控制器以及放电控制器。 |
||||||
