卫星太阳电池阵受空间环境的影响及防护
航天器供电系统简介【精选】
航天器电源系统名词术语主电源与副电源：有些航天器的供电系统不只一套，使命期中长期供电的称为主电源，仅用于短期峰值功率补充供电或应急备用等情况的，称为副电源（或辅助电源）。
一次电源与二次电源：供电系统主母线输出的电能称为一次电源，我国航天工程师习惯将供电系统称为一次电源（系统）。
由于配电系统的主要部件是电源变换器，因此我国航天界也习惯将电源变换器称为二次电源（设备），或将电源变换器输出的电能称为二次电源。
原生电源与再生电源：供电系统中输出原始电能的装置，称为电能源。
原生电源通常指电能源。
再生电源即贮能装置，习惯上也指从贮能装置输出的电能。
原电池与蓄电池：原电池是指电极火星物质的电化学反应可逆性较差，不能进行有效再充电的电池，亦称为一次电池。
原电池可作为电能源使用。
蓄电池是指以化学能的形式贮存电能并能将化学能直接以电能形式释放的、可进行多次充放电循环的电化学装置，亦称为可充电池或二次电池，可作为贮能装置使用。
电能源与贮能装置电能源是航天器中输出原始电能的装置，亦称为“原生电源”。
工作寿命短的航天器可采用原生电池作为电能源。
常用的电能源有银锌电池、化学动力系统、燃料电池、放射性同位素热点系统或动力系统、核动力系统、太阳电池阵以及太阳动力系统等。
比功率或（与）能量密度是电能源的一项重要的性能指标，它与电源系统的重量有关。
虽然重量不一定是电源系统最佳化的最起作用的驱动因素，但与航天器的发射费用及运载器的运输能力有直接关系。
原电池以较高的能量密度著称，但一般不能再充电，通常适用于短期飞行任务（几天、十几天）。
最常用的原电池是银锌电池，它有很高的能量密度。
“水星”飞船以及“阿波罗”登月舱应用了银锌电池。
在长寿命空间系统中，原电池可作为副电源应用，主要为火工品点火与伸展装置的启动提供电功率。
对于有特高功率需求的短期飞行任务（如月球表面钻探），可应用化学动力系统为副电源，如开式循环单组元或双组元推进剂往复运动装置。
晨昏轨道卫星硅太阳电池阵功率衰减估计
晨昏轨道卫星硅太阳电池阵功率衰减估计
李 强１， 马 强１， 王 洪． 航天器在轨故障诊断与维修重点实验室，西安 ７１００４３； ２． 宇航动力学国家重点实验室，西安 ７１００４３）
摘要：关于空间环境对近地卫星太阳电池阵输出功率衰减影响，以某晨昏轨道卫星的背场硅太阳电池阵为对象，在分析卫星 轨道半长轴摄动、降交点地方时漂移、光照角变化、日地距离波动等因素的基础上，讨论电池阵工作温度和输出电流变化，建立 电流与温度的拟合模型；同时以拟合电流归一化处理为重点，在光照角、功率温度系数归一化前提下，针对输入光源功率波动， 提出利用温度进行归一化处理；最后利用实际在轨数据进行检验；结果表明，利用温度对光源功率进行归一化之后，太阳电池阵 输出 电 流 的 数 据 一 致 性 较 好 ；在 轨３年 后 ，电 流 出 现 约２．３５％ 的 突 降 ，推 测 电 池 阵 串 并 联 支 路 数 目 在 ４０ 左 右 ， 且 某 个 支 路 出 现 开 路 ；功 率 变 化 具 有 季 节 性 ，冬 至 前 后 功 率 最 强 ， 夏 至 前 后 功 率 最 弱 ； 背 场 硅 太 阳 电 池 阵 功 率 衰 减 因 子 约 为 －１．０３４ （１０－５／ｄ， 年 均 衰 减 约 为０．３７７％ ；预 测 卫 星 在 轨１７年 后 ，夏 至 时 期 的 电 池 阵 功 率 衰 减 不 超 过８．５％ ；电 池 阵 抗 辐 照 性 较 强 ， 适 宜 于 近 地 空 间长寿命应用场合；该方法可应用于在轨卫星长期测控与管理中的能源管理、遥测诊断与器件健康状态评估等方面。
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计 算 机 测 量 与 控 制 ．２０１９．２７（１２） 犆狅犿狆狌狋犲狉 犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋 牔 犆狅狀狋狉狅犾
设计与应用
文章编号：１６７１ ４５９８（２０１９）１２ ０１４６ ０５ ＤＯＩ：１０．１６５２６／ｊ．ｃｎｋｉ．１１－４７６２／ｔｐ．２０１９．１２．０３３ 中图分类号：Ｖ５５６．１ 文献标识码：Ａ
太阳能光伏电池组件在恶劣环境下的性能研究
太阳能光伏电池组件在恶劣环境下的性能研究引言太阳能光伏电池组件是一种能够将太阳能转化为电能的设备，因其环保、经济、可靠等优点，在近年来逐渐普及并得到广泛应用。
然而，光伏电池组件的性能受到环境因素的影响，如恶劣环境下的温度、湿度、氧气等因素，都会对其效率、寿命产生不利影响。
因此，探究太阳能光伏电池组件在恶劣环境下的性能变化规律，对于提高太阳能光伏电池组件的稳定性和可靠性具有重要意义。
第一部分恶劣环境对光伏电池组件性能的影响1.1 温度的影响随着温度的升高，光伏电池组件的转换效率会降低。
这是因为高温条件下，光伏电池内离子 Diffusion 的速度会增加，从而导致电压损失增加，最终影响转换效率。
同时，高温条件下光伏电池的寿命也会大大缩短，长期暴露在高温条件下的光伏电池组件会逐渐失效。
1.2 湿度的影响湿度对于光伏电池组件的性能也有不利影响。
在高湿度条件下，光伏电池组件的转换效率也会降低，这是因为湿度会影响光伏电池吸收到的光线强度，导致转换效率降低。
同时，湿度还会加速光伏电池组件内金属部件的腐蚀，使其失效。
1.3 氧气的影响在高氧气浓度条件下，光伏电池组件内的有机聚合物材料容易被氧化，导致光伏电池组件的性能降低。
同时，氧气还会加速光伏电池组件内金属部件的氧化，使其失效。
第二部分太阳能光伏电池组件在恶劣环境下的性能研究现状近年来，很多研究者从不同角度对太阳能光伏电池组件在恶劣环境下的性能进行了研究。
以下简要介绍一下其中一些典型研究。
2.1 研究太阳能光伏电池组件在极端温度条件下的性能研究者模拟了高温、低温等极端温度条件下的光伏电池组件的性能变化，并分析了其性能变化规律。
研究结果表明，高温、低温下的光伏电池组件效率均会降低，但是光伏电池组件的性能变化幅度受到不同材料的影响不同。
2.2 研究太阳能光伏电池组件在高湿度条件下的性能研究者将光伏电池组件暴露在高湿度条件下，对其进行实验研究。
结果表明，在湿度条件较高时，光伏电池组件的效率变化明显，长期暴露在高湿度环境下的光伏电池组件的寿命也会大幅缩短。
CAST2000卫星太阳电池阵基板原子氧防护技术研究
装备环境工程第5卷第6期。
化。
E Q U I PM E N T E N V I R O N M E N T A I，E N G I N E E R I N G2008年12月C A ST2000卫星太阳电池阵基板原子氧防护技术研究童靖宇1，刘向鹏1，张超1，向树红1，盛磊2，殷永霞2(1．北京卫星环境工程研究所，北京100094；2．北京空间机电研究所，北京100076)摘要：阐述了空间原子氧环境及其对航天器表面的损伤效应。
介绍了北京卫星环境工程在型号原子氧防护工程化研究方面取得的进展情况。
“十五”期间，北京卫星环境工程研究所利用纳米晶添加、物理气相沉积、溶胶一凝胶化学制备等方法研制了原子氧防护涂层，获得了初步的研究结果。
溶胶一凝胶化学制备具有工艺简单、成本低、适合在大面积复杂表面涂覆的优点，北京卫星环境工程研究所采用这种方法对太阳电池阵基板进行原子氧防护，已取得重要进展。
关键词：原子氧；航天器；太阳电池阵；环境防护技术中图分类号：V254．2文献标识码：A文章编号：1672～9242(2008)06—0072一04St udy on A t om i c O xygen Pr ot e ct i on C oa t i ng of Sol ar C el l A r r ay Panel O l l C A S T2000Sat el l i t eT O N G J i ng-yul，L I U X i ang-pen91，Z H A N G C ha01，X I A N G Shu—hon91，SH E N G L ei2，ⅥN Y ong-xi a2 (1．B ei j i ng I ns t i t ut e of Spa cecr a f t En vi r o nm ent E ngi neer i ng。
B ei j i ng100094。
C h i n a；2．B ei j i ng I ns t i t ut e of Spa ce M ec ha ni c s&El e ct r i c i t y，B e i j i ng100076。
空间太阳能电站发展综述及对构建全球能源互联网的影响
空间太阳能电站发展综述及对构建全球能源互联网的影响能源和环境问题是关系到国家政治、经济和安全的重大战略问题;空间太阳能电站作为一种能够大规模稳定利用太阳能的方式,日益受到世界主要航天大国的高度关注;随着空间技术和相关技术领域的快速进步,空间太阳能电站有可能成为实现可再生能源战略储备的重要手段;一、空间太阳能电站概述空间太阳能电站SPS,也称为太空发电站,是指在空间将太阳能转化为电能,再通过无线能量传输方式传输到地面的电力系统图1,也包括直接将太阳光反射到地面、在地面进行发电的系统;图错误!未定义书签。
空间太阳能电站示意图相对于地面太阳能光伏发电,空间太阳能发电具有明显的效率优势;据中国空间技术研究院副院长、研究员李明介绍,由于太空的太阳辐射每平方米可以达到1353瓦,是地面的5倍以上,在地球同步轨道,99%的时间可以接受太阳能辐射;如果在地球同步轨道上部署宽度为1000米的太阳能电池阵环带,以转换效率100%计算,从理论上说,其1年接受的太阳能辐射,可以为地球可知开采石油储能的能量总和;随着世界能源供需矛盾和环境保护问题日益突出,国际上开展了广泛的空间太阳能电站技术的研究,目前已经提出了几十种概念方案,并且在无线能量传输等关键技术方面开展了重点研究;近年来,太阳能电池发电效率、微波转化效率以及相关的空间技术取得了很大进步,为未来空间太阳能电站的发展奠定了良好的基础;虽然空间太阳能电站没有不可逾越的技术原理问题,但作为一个非常宏大的空间系统,其发展还存在许多核心技术难题,需要开展系统的研究工作,以取得突破性进展;二、空间太阳能电站的最新进展国外发展概况空间太阳能电站的应用前景引起了国际上的广泛关注,以美国、日本等为代表的多个国家对于空间太阳能电站开展了长期的研究工作;21世纪以来,越来越多的国家、组织、企业和个人都开始关注空间太阳能这种取之不尽的巨大空间能源;1美国美国是在SPS领域投入资金最多的国家,也是研究最长的国家,推出了众多创新性的概念方案和技术,虽然未列入正式的国家发展计划,但得到了持续的关注和支持;20 世纪70 年代末,美国能源部和美国航空航天局NASA 耗资5000 万美元开展SPS 系统和关键技术研究,完成第一个详细的SPS 方案——5GW的1979 参考系统;1995 年,NASA 开始重新评估空间太阳能电站的可行性;1999 年,NASA 投资2200万美元开展了“空间太阳能发电的探索研究和技术计划SERT ”研究;该计划提出了空间太阳能电站的发展路线图,并提出了集成对称聚光系统等新概念;2007 年,美国国防部发表了“空间太阳能电站作为战略安全的机遇”中期报告,引发了新一轮的空间太阳能电站的研究热潮;2009 年,美国PG＆E 公司宣布与Solaren 公司签署了正式购买200MW SPS 电力的协议,成为世界第一个SPS 购电协议;2日本日本是第一个将SPS正式列入国家航天计划的国家,提出了正式的发展路线图图2,得到了长期持续的关注和发展;虽然投入有限,但在无线能量传输等领域处于世界先进水平;图错误!未定义书签。
卫星飞行轨道的太阳辐射影响与防护策略
卫星飞行轨道的太阳辐射影响与防护策略随着卫星技术的不断发展，卫星在通信、气象、导航等领域的应用越来越广泛。
然而，卫星在太空中飞行时面临的一个重要问题就是太阳辐射的影响。
太阳辐射对卫星的运行、系统的稳定性和寿命都有着直接的影响。
因此，研究卫星飞行轨道上的太阳辐射影响及相应的防护策略具有重要的科学意义和应用价值。
一、卫星飞行轨道的太阳辐射影响卫星在轨道上运行时，会受到来自太阳的辐射影响。
太阳辐射主要包括短波辐射和长波辐射两种形式。
短波辐射主要来自太阳光，它具有高能量、高温度的特点；长波辐射则是由卫星自身的热辐射所组成。
太阳辐射对卫星的影响主要体现在以下几个方面：1.温度影响：太阳辐射会使卫星受热，导致卫星表面温度升高。
这会对卫星的电子元器件、结构材料等造成热膨胀、温度梯度等物理效应，进而影响卫星的性能与寿命。
2.能量影响：太阳的辐射能量会对卫星上的太阳电池板产生光电效应，从而为卫星的电力供应提供动力。
然而，过高的辐射能量也会使太阳电池板过热，影响其转换效率与寿命。
3.通信影响：太阳辐射对卫星上的通信系统也会造成一定的干扰。
辐射引起的噪声信号会降低接收端的信噪比，从而影响通信质量。
二、卫星太阳辐射的防护策略为了减小太阳辐射对卫星的影响，科学家们提出了一系列的防护策略，包括以下几个方面：1.材料选择：在卫星的设计与制造过程中，选择合适的材料对抵御太阳辐射影响至关重要。
例如，选用能够反射或吸收辐射的材料，以减少辐射的吸收及热量的积累。
2.散热设计：卫星上的散热系统可以通过引入散热片、散热管等装置，将卫星上积聚的热量有效地传导及散发，以保持卫星的正常工作温度。
3.电源管理：科学家们通过优化卫星的电源管理系统，使其能够更加高效地利用太阳辐射的能量，并对太阳电池板进行合理的保护和冷却，以增加其寿命和效率。
4.姿态控制：通过调整卫星的姿态来最大程度地减少太阳辐射的影响。
例如，选择合适的轨道和方向，使卫星能够避开太阳光的直射。
近地空间环境
科技创新图书摘科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald17近地空间环境韩波 陈琦 崔晓婷 译1 简介近地空间环境（如热层、电离层）对空间系统的危害很大。
航天器电源系统必须在从发射到寿命终结的整个任务阶段经受住空间环境的考验，达到各项性能指标要求。
为达到此目的，空间研究机构如NASA等已对通用设计准则进行研究并形成了文件。
太阳电池阵直接暴露在空间环境中，故极易损坏。
事实上，多数情况下，太阳电池阵的损坏情况决定了航天器的寿命。
同时，环境因素也影响电源系统其他各个部件的总体设计。
2 发射和转移轨道环境在发射和不同的火工品点火驱动展开等各个阶段常伴随有大的加速度、冲击和振动的产生。
不同的运载工具产生量级不同的应力，对电源系统尤其是对太阳电池阵的设计都有影响。
例如，航天飞机上的太阳电池阵需要承受3g （g 为地球表面的重力加速度）的发射加速度，土星号（S at u r n）运载火箭上则为10g 。
火工品点火冲击会持续几毫秒，力量极大，冲击频谱一般也具有高频振动的特点。
例如，阿里安（A r i a n e）运载火箭在有效载荷分离时的冲击峰值大约为2000g ，频率超过1.5kHz。
在转移轨道上，虽然太阳电池板是收拢的，但它必须承受近地点的加速力和远地点的制动力。
在温度方面，外层的太阳电池板必须承受住地球的热辐射、星体反照率和太阳辐射，并将温度控制在规定的范围内。
3 在轨环境电源系统的设计主要受下列在轨环境因素的影响。
3.1 失重和真空空间失重和真空对电源系统设计的影响很大。
微重力和真空使得所有的航天设备不能采用地球上司空见惯的对流冷却方式进行散热。
于是内热主要采用传导散热，或者在一定程度上采用辐射散热的方法。
但要将热量散入太空就只能依靠辐射散热法。
真空会引起升华和排气作用，尤其对某些物质而言作用更甚。
升华气体遇冷凝结，附着在电气元件表面会引起短路。
因为锌有较高的升华率，某些聚合物有较高的排气率，因此，它们在航天设备中的应用受到了限制。
太阳能在航空航天中的应用
近几年世界各国家对于航天事业的关注越来越大，航天器的研究也越来越广泛，而作为航天器的主流能源供给系统的太阳电池阵也在技术、结构等方面不断地得到提升，逐步适应各种高难度复杂的航天要求。
太阳电池阵是在轨航天器主要的电源系统。
太阳电池阵由连入一定电路的太阳电池纵横排列而成，利用阳光直接发电而无化学过程。
在太阳电池阵的发展历程中，其构型不断演变，变得日趋先进与完善。
如今太阳电池阵的设计更多的融入发散思维与创新思维，在向新的台阶跨进，以满足更为复杂的航天任务。
在本文中，我们将对太阳电池阵的发展历程进行回顾，并了解其发展现状以及展望未来的前景。
关键词：航天器电池阵发展过程绪言 (3)一.空间环境对太阳电池阵的影响 (4)1.1空间粒子辐射对太阳电池阵的影响 (4)1.2原子氧(LEO)对太阳电池阵的影响 (4)1.3地磁亚暴对太阳电池阵的影响 (5)二.航天器太阳电池阵的发展过程 (6)三.航天器太阳电池阵的发展现状 (8)四.航天器太阳电池阵的前景与展望 (9)五.结束语 (10)参考文献 (11)绪言对于航天器，我们所知甚少，而太阳能电池阵，就少之又少，而太阳能是航天器上最广泛的能源。
太阳能电池阵有时也称为太阳能帆板，是将太阳能转换成电能的装置。
它的面积很大，在航天器的两边展开，因此又叫做太阳翼。
它上面贴有半导体硅片或砷化镓片，就是它们把太阳能转换成电能。
早期的航天器上太阳能电池阵是设置在航天器的外表面，后来因为用电需求不断增加，才发展成巨大的帆板的，而这种帆板也在不断地增大中。
20世纪90年代以来，随着空间站、载人飞船、以及深空探测计划的进一步实施，对航天器太阳电池阵提出了更高的要求。
对于太阳能电池的研究，我国是从1958首块硅单晶的研制成功开始的，经历了60多年的发展，目前已经非常普遍的应用于人民的生活中。
太阳能电池的研制最先就是应用于航天方面的，在“实践1号卫星”的航天过程中首次使用。
虽然经历了很多的挫折和失败，但同时也得到了更多宝贵的经验。
空间用太阳电池的种类和发展
空间用太阳电池的种类和发展邱冬冬;杨永枫;金华松【摘要】太阳电池在空间应用领域占有极为重要的地位,绝大部分在轨卫星都采用太阳电池阵与蓄电池联合供电系统.空间中温度起伏大和带电粒子多的恶劣条件要求太阳电池具有高转换效率、高稳定性和耐辐射等特点.介绍了硅太阳电池和砷化镓太阳电池在空间的应用现状,展望了空间用太阳电池的发展趋势.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2013(037)011【总页数】3页(P2070-2072)【关键词】太阳电池;空间应用;硅;砷化镓;转换效率【作者】邱冬冬;杨永枫;金华松【作者单位】中国卫星海上测控部,江苏江阴214431;中国卫星海上测控部,江苏江阴214431;中国卫星海上测控部,江苏江阴214431【正文语种】中文【中图分类】TM914.4太阳电池是一种能量转换半导体器件，它依靠半导体的光伏效应，将太阳能直接转换成电能。
因此，太阳电池又称为光伏电池。
1839年法国物理学家亚历山大·贝克勒尔首次发现了半导体的光伏效应，但直到1954年，由贝尔实验室制备的具有实用价值的第一批硅太阳电池才问世，其光电转换效率为6%。
当时太阳电池价格昂贵，发展缓慢，主要应用于航天领域。
直到1973年发生了世界石油危机，太阳电池才开始应用于民用领域，太阳电池技术和制造工艺也开始进入快速发展阶段[1]。
据报道，2007年全球太阳电池装机容量3.43GW；2009年太阳电池市场需求8.96GW，其供应量可达9.57GW；2012年全球太阳电池市场需求20.30GW，其供应量21.20GW[2]。
1958年3月美国发射的先锋1号卫星和同年5月前苏联发射的人造地球卫星3号首先采用太阳电池阵-蓄电池组联合电源作为供电电源，半个世纪以来其应用范围已经遍及各类长寿命卫星和空间站。
我国1958年研制出首块硅单晶，并开始在1971年3月发射的我国第一颗科学实验卫星实践1号上应用硅太阳电池。
在我国已经发射的卫星中，绝大多数都采用硅太阳电池作为卫星的主电源。
太阳风暴对外太空探测器的影响及应对策略
太阳风暴对外太空探测器的影响及应对策略太阳风暴是太阳表面的巨大能量释放，它会产生强烈的电磁辐射和带电粒子流，对地球上的通讯系统和卫星导航系统等造成不可小觑的影响。
然而，这些太阳活动同样对外太空的探测器构成了巨大的威胁。
本文将探讨太阳风暴对外太空探测器的影响，以及应对策略。
影响一：电磁辐射带来的电子设备故障太阳风暴释放的强烈电磁辐射会导致外太空探测器上的电子设备故障。
在太空中，探测器的电子设备扮演着关键角色，用于控制和传输数据。
然而，当太阳风暴冲击到探测器上时，高能粒子的撞击会导致电子设备损坏，引起短路、系统崩溃甚至完全失效。
这样的故障将严重影响探测器的运行和数据收集能力。
应对策略一：电磁屏蔽和维护为了减轻太阳风暴带来的电磁辐射影响，外太空探测器需要使用电磁屏蔽材料保护其内部电子设备。
这种屏蔽材料能够吸收和分散电磁波，将其转化为无害热能。
此外，定期的设备维护和检修也是必不可少的。
通过定期检查和清理，可以及时发现和修复受损的电子设备，防止故障扩散和加重。
影响二：高能带电粒子对太阳能电池板的破坏外太空探测器通常使用太阳能电池板作为能量来源。
然而，太阳风暴带来的高能带电粒子对太阳能电池板造成潜在威胁。
这些粒子的撞击会导致太阳能电池板表面的损坏和能量转化效率下降，进而影响探测器的正常运行。
应对策略二：加强太阳能电池板的防护为了应对太阳风暴对太阳能电池板的破坏，需要在设计和制造阶段加强对太阳能电池板的防护措施。
一种常见的策略是增加太阳能电池板的厚度，以增强其抵御高能带电粒子的能力。
此外，可以采用多层防护材料来吸收和分散粒子撞击的能量，减少对太阳能电池板的冲击。
影响三：通讯和导航系统中断太阳风暴的电磁辐射会诱发磁层上空的电离层扰动，进而导致高频通信信号传播异常和导航卫星信号干扰。
对于外太空探测器而言，通讯和导航系统的稳定性至关重要。
如果由于太阳风暴而导致通讯中断或导航误差，将对探测器的任务执行和数据传输带来严重影响。
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辐射能力。
２ ． ２原子氧 （ Ｏ）对太阳电池阵的影响 Ａ 卫星运行的近地轨道环境 （Ｅ ）中，大气的主要成分氧分子受到波长范围在 １０ ０ ｍ 的 ＬＯ ０ － ２０
太阳 紫外线辐射分解而形成原子氧 （ ｔ ｉ Ｏ ｙｅ， ） Ａｏ ｃ ｇｎ Ａ ，对于 Ｌ Ｏ中 吃 ｍ ｘ Ｏ 在 Ｅ 行的长 寿命航天器， 与Ａ Ｏ接触的 概率是很高的。因为 在该环境中 存在相当 量的 ｑ， 促进了Ａ Ｏ的产生。 Ａ 而 Ｏ与其周 围相邻的原子和分子相互作用的可能很小‘在 Ｌ Ｏ 中，气体分子的平均热运动速度很低， Ｅ 碰撞产 生的能量也是很低的。而在 Ｌ Ｏ 中 飞 Ｅ 行的航天器具有很高的运行速度 （ 通常为 ８ｍｓ ｋ ／ ，尽管 Ａ ） Ｏ 在大气成分的体 密度宁 氏 仍可在航天器表面 刻 ， 产生 １１．１１ ａ ｍ ｍ ｓ 通量密度。 Ｏ ０３ ０５ ／ 。 Ａ ｔ ｃ２ ｏ Ｏ的 Ａ
２空间环境对太阳电 池阵的影响
在卫 星电源系统太阳电 池阵的设计中，空间 环境、飞行 轨道、 布片面积、太阳入射角、 温度等 都是决定太阳阵最终功率输出的因 素。 在设计中， 要综合考虑这些条件。 另外，不同 类型的卫星针 对自 特点， 身的 还会有一些特殊的 技术要求， 技术的 在新 研制过程中， 对空间环境的适应性是 极为 重要的一个部分。 太阳电 池阵受空间环境的影响主要有以下几个方 面： ２ 空间粒子辐射对太阳电池阵的影响 ． １ 不论是低地球轨道还是高轨道 （ 如同步轨道）的卫星，对于直接暴露在外层空间的太阳电 池阵 来说，空间带电粒子的辐射都是存在的。只是根据轨道高度、轨道倾角和在轨寿命的长短不同，累 积通量有大有小，太阳电 池阵的输出功率呈现不同 程度的衰降。 造成这种衰降主要是由 于电子 和质 子的 辐射引 起的。在低轨道中，地磁俘获电 子和质子的 可能都很多，在高轨道中，当太阳活动峰年 时期， 太阳耀斑质子的影响将会加大太阳阵功率的 衰降， 是不可忽略的一点。 为了保证太阳阵在寿命末期有足够的物出功率， 对带电 粒子辐射引起的电性能衰降必须做一个 较为 准确的预计，同时采取相应的 抗辐射加固 措施， 尽量减少辐射带来的太阳阵功率Ｔ膜
玻璃盖片
图１ Ｏ膜盖片结构 Ｉ Ｔ 示意图 由于 ＩＯ 膜和两个焊接电极的遮挡会引起光透射率的损失和有效光照面积的减少 因此会使 Ｔ 太阳电 池的短路电流略有 Ｆ 降。这一点在 太阳阵设计中必须充分考虑到。此外，高 ｒ 低｛交变和 ｔ 湿度 对 ＩＯ 膜都会有一定的影响，所以要求 Ｉ 膜镀层和焊接电极必须具有良 Ｔ Ｔ Ｏ 好牢Ｉ度，才能 ｔ ］ 适合于 空问环境条件 卜 的使用要求。 这在Ｉ Ｔ Ｏ膜的生产中，是一个非常关键的技术， 它决定了整个太 阳电
件。
太阶电 池阵直接暴露在空间带电 粒子环境中，空间等离子体作用于卫星太阳电池阵表面，当 太 阳阵处于 光照区时，星体被带电 非 粒子充电， 存在一个较高的负电位。当处于光照区时，玻璃盖片 表面由于光照产生的光生发 射电子，等离子体中电 子的 撞击产生的二次发射电子， 这些发射的电 子 的数量远大于盖片表面俘获电 子的数量， 使玻璃盖片与互连器之间以 及玻璃盖片和基板之间存在着 较高的电位差。当电位差足够大超过阐值电压时，就会发生静电 放电现象，如果连续放电， 会导 致 局部范围内 基板的温度上升，使聚酞亚 胺膜发生热解反应， 绝缘性能下降，严重时 太阳电 池阵将永 久性短路，不能再为卫星提供电源ｏ 防止太阳电池阵表面静电充／ 放电的发生，就要降低太阳阵表面的电位差。可以通过在太阳电 池边缘填胶、减小相邻电池串之间的电 位差或减小每个电路的电 流的方法来降低放电的可能性或阻
受到破坏，影响其导电作用。 不同材料抗原子氧的防护措施多种多样。对 Ａ Ｏ敏感的金属 （ 如银）在其表面沉积防护层可起
到抗氧化的作用。 这一技术己应用于“ 神舟”号载人 飞 船的太阳电 池阵。 神舟” “ 号载人飞船属近 地轨道运行航犬器，处于Ａ Ｏ丰度较高范围。在 太阳电池银互连器的表层真空蒸镀一层金， 有效地 防止了Ａ Ｏ对银层的 氧化作用。对于 ａｏ． ｌ 等类型材料的防护则可选用Ａ 保护层、Ｔ 象ｋ ｔ Ｋｖ ｒ ｐ ｎ ｅａ Ｉ Ｉ Ｏ 保护涂层和Ｓ ｘ ｉ 无机涂层。 ｏ 在对ｋ ｔ 材料的试 ａｏ ｐｎ 验研究中 现一些保护涂层在与Ａ 还发 Ｏ作用时 形 成了 新的保护层，减小了ｋ ｔ 材料的 ａｏ ｐｎ 损失。 ２ ． ３地磁亚暴 对太阳电 池阵的影响 较小的 太阳活动引 起高能电子的故 射使 地磁场和 等离子层 （ 由电子和离子组成） 的均衡状态受 到干扰，高能电子流可能会撞到卫星上， 这种现象称为 地磁亚暴。它会使卫星表面充电， 相对于周 围的 等离子体 存在很大的负电位， 高达 加 千伏的电压差。当卫星出影时。受光照的介质和导电 表 面放射出的 光生电子就会使卫星表面发生放电：而末 受光照的 表面上仍保持充电 状态。那么光照与 阴影界面处就能够存在较高电压差，因此而引起的电弧放电 将会产生无线电干扰，并损坏材料和元
！ 卜 连续放电，使聚酞亚胺膜不发生热解反应，也就不会出现绝缘性能 卜 降的问题。但太阳阵表面沉 积的电荷仍然存在，只有将这些电荷从某一个通道泄放掉，使太阳阵表面等电位，才能从本质上防 ！ 卜 静电充／ 放电的发生。 在太阳电池玻璃盖片上蒸镀一层 Ｉ Ｔ Ｏ透明导电膜，并 将每片盖片上的导电膜有效地连接组成 网络，与卫星的 “ 结构地” 相连，这就在太阳阵表面形成了一个电荷的通路，可有效地将沉积到盖 片表面的电荷通过互连网络泄放掉，使得太［电池阵表面电位差只有儿伏，接近于等电位 Ｐ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ｔ Ｏ透明导电膜是一种半 导体材料，它蒸镀在玻漓盖片表面最外层，为了实现整个太阳阵的导 电膜互连成网， 在盖片相对的边缘上还要蒸镀两个三角形的焊接电极， Ｔ ＩＯ膜与焊接电极连接导 通 （ １ ） 如图 所示 当单体太阳电池组成太阳电池阵 后，每片玻璃盖片上的ＩＯ膜通过焊接电极 Ｔ 用银箔互 联器以串 联的方式实现电互联接，并在太阳阵的两端汇流，最终由引出线与 “ 卫星地”相连。
退化．
例如在太阳阵重量允许的 情况下，选用较厚的太阳电 池玻璃盖片，以 尽量降低辐射对电 伤 池的 害。为了防止低能质子从电池的侧面进入太阳电 池的 活性区， 采用外形尺寸略大的玻璃盖片 进行保 护， 两侧裸露的间隙用胶粘剂填缝覆盖。 此外， 减薄单体太阳电 池的厚度，也可提高电 池本身的 抗
空间暴露试 验确认了 航天器上所用的 材科在 Ａ Ｏ环境中发生了复杂的化学反应。许多金属材料 （ 其 中银尤为的突出，可达其它金属材料变化星的 ８倍以上）表面生成） 的氧化物层。对于 剿５ 空间 ｛ ＿ 程 中应用较多的一 类聚酞亚胺 （ｏ ｉｉ ） Ｐｌｍｄ 聚合物材 （ ｋ ｔ ） ｙ ｅ 料 如 ａ ｏ ，发生了 ｐｎ 质量损失、 热光学性能 和机械性能的变化 表面呈凹凸不 平状， 剥蚀深度达１． ｍ ２ ｐ ，剥蚀量约为２ ｘ － ｃ＇ ｍ 。 ７ ． １ ２ ｍ ／ ５ ０ ４ ａ ｔ ｏ 而对于 Ｋ ｖ ｒ ｅｌ 增强复合材料，Ｓ Ｍ 照片中显示暴露部分外层的环氧全部被剥蚀掉，Ｋ ｖ ｒ ａ Ｅ ｅｌ 纤维只 ａ 剩一小部分 碳纤维复合材料也同 样受到 Ａ Ｏ的作用，暴露后的纤维多成片断状，且有针形灰状物 质出现。 纤维的 拉伸强度和弹性模量值有显著的 减少。 用于 池及组件之间的电 太阳电 连接的 银互连器。 属于 Ａ 对 Ｏ敏感的金属，暴露在 Ａ Ｏ环境 卜 的 银与 Ａ Ｏ相互作用生成银的氧化物， 氧化银的晶格空间要比块状银大 ５％，氧化的银层表面疏松， ５ 会粉末式地脱落，露出的新鲜银表面则又被 Ａ Ｏ腐蚀，这样周而复始，银互连器的结构完整性就会
关键词
１前言
粒子辐射、原子氧 （ Ｏ） 地磁亚暴、 Ｔ Ａ 、 ＩＯ导电 膜、静电 放电
近些年来，我国的航天事业在科技人员的不断努力 Ｆ 得到了 很大的发展， 先后发射成功的 卫星 在通讯、 气象、军事领域以及科学试验等方面发挥着重大作用。 这些卫星中，根据需求的 不同 有几 千瓦的大卫星， 也有几百瓦的小卫星，它们在各自 的轨道空间中运行， 完成飞行任务，有的在轨设 计寿命只有几个月，有的则可达十几年之久。 电 源分系统是整星中非常重要的组成部分，它为卫星提供所需的工作能 源， 其中 太阳电 池阵又 是唯一的能量直接来源。它将太阳 光转换成电能 给星上负载供电，同时 还能为阴影时间工 作的 储能 蓄电 池组充电，由 此可见，太阳电 池阵的设计占 有至关重要的 地位．
卫星太阳电池阵受空间环境的影响及防护
金海雯 孙彦铮 崔新宇 朱辉婷 高剑峰 中国电子科技集团公司 １研究所 第 ８ 摘要：本文论述了在卫星运行的轨道上，电源分系统太阳电池阵受到空间环境的影响，对空间带电 粒子、原子氧和地磁亚暴存在的状况和产生的机理进行了分析，阐明了工作在此种环境 卜 的太阳电 池阵所受到的影响。提出了一些防护措施。其中在太阳电池银互连器表层镀金防原子氧的方法已 经 在 ９１ ２ Ｌ 程太阳电池阵上得到成功的应用： 在太阳阵表面实施 Ｉ Ｔ Ｏ膜技术防静电充 放电， ／ 本文做 了详细的介绍，该项技术应用于 “ 地球探测双星计划’ ， ，使太阳阵表面最大电位差小于１Ｖ １，
池阵表面的导电性能。
Ｉ 膜的导电 Ｔ Ｏ透明导电 性能越好， 太阳阵表面的电位差也 就越小。 换言之， 如果要使太阳阵表 面等电 位， 那么 Ｉ Ｔ Ｏ导电 膜的表面电阻 就要小于 １ Ｓ ０２ ５ ，表面电阻是随着 ＩＯ膜厚度的增加而减小 Ｔ 的，Ｔ Ｉ Ｏ膜导电率的 增加是通过增大Ｉ Ｔ Ｏ膜的厚度来实现的。 但不能为了增加导电率而无限 度地增 加Ｉ Ｔ Ｏ膜的厚度，因为Ｉ Ｔ Ｏ膜厚度增加的同 时会降低太阳电 池玻璃盖片的透射率，只有控制好Ｉ Ｔ Ｏ 膜厚度， 才可以使玻璃盖片保持足够的 光透射率。这样在满足膜层表面电阻的同时 还能有高的 透过 率，把 Ｉ Ｔ Ｏ导电膜对太阳电池阵的短路电流输出损失减到最小。 “ 地球探测双星计划”的两颗小卫星运行于目 前国际上地球空间探测卫星没有覆盖的近地磁层 土要活动区， 探测在太阳活动影响下， 这些区域发生磁层亚暴、 磁暴以及伴随产生的粒子事 件，为 了 保证星上仪器对低能电 子和低能粒子的分布函数的探测精度， 在太阳电池阵表面实施了Ｉ Ｔ Ｏ导电 膜技术， 对卫星表面进行防静电充／ 放电保护，实行等电位控制， 使星表任意两点间的电 位差最人