本書系統(tǒng)介紹了國(guó)內(nèi)外航天器電源技術(shù)的最新進(jìn)展，重點(diǎn)梳理了國(guó)內(nèi)外通信、導(dǎo)航、遙感、載人航天、深空探測(cè)領(lǐng)域典型航天器平臺(tái)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例，系統(tǒng)介紹了各領(lǐng)域航天器電源系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)，使讀者能夠全面理解航天器電源系統(tǒng)。系統(tǒng)梳理了我國(guó)航天器工程項(xiàng)目中電源系統(tǒng)可靠性與安全性設(shè)計(jì)、風(fēng)險(xiǎn)分析與控制、測(cè)試與試驗(yàn)、在軌管理等方面的經(jīng)驗(yàn)、流程及設(shè)計(jì)方法，使讀者能夠了解航天工程一線的知識(shí)沉淀，對(duì)讀者的學(xué)習(xí)、工作產(chǎn)生啟發(fā)。最后通過梳理未來航天器發(fā)展對(duì)航天器電源技術(shù)的需求，介紹了高壓大功率電源、空間核電源、無線能量傳輸、能源互聯(lián)網(wǎng)等新型電源系統(tǒng)與技術(shù)，指出了未來航天器電源系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)。
本書立足于航天器電源系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)航天器電源系統(tǒng)性技術(shù)和工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)毢涂偨Y(jié)。可作為高等院校宇航相關(guān)專業(yè)學(xué)生的教學(xué)參考書，也可供從事宇航工程、航天器總體設(shè)計(jì)及有關(guān)專業(yè)的科技人員參考。
1.展現(xiàn)了我國(guó)空間科學(xué)技術(shù)的眾多原創(chuàng)性科研成果。
2.反映“互聯(lián)網(wǎng)+”與航天技術(shù)的融合發(fā)展。
3.體現(xiàn)我國(guó)空間探索和空間應(yīng)用的科技創(chuàng)新能力。
4.叢書由葉培建院士領(lǐng)銜，孫家棟、閔桂榮、王希季三位院士聯(lián)袂推薦。
5.力圖為研究和設(shè)計(jì)的人員提供新的設(shè)計(jì)思路和方法。
陳琦，博士，研究員，現(xiàn)任中國(guó)空間技術(shù)研究院總體部副部長(zhǎng)，中國(guó)宇航學(xué)會(huì)空間能源專業(yè)委員會(huì)委員。研究方向?yàn)楹教炱麟娫聪到y(tǒng)設(shè)計(jì)、空間能源技術(shù)發(fā)展規(guī)劃。作為主任設(shè)計(jì)師主持完成以“海洋二號(hào)”、資源系列為代表的10余顆衛(wèi)星電源分系統(tǒng)研制。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人主持完成多項(xiàng)民用航天和裝備預(yù)研項(xiàng)目。2014年獲中國(guó)航天基金獎(jiǎng)，2015年獲國(guó)防科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)、中國(guó)航天科技集團(tuán)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。曾出版譯著《航天器電源系統(tǒng)》1部，在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文30余篇，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利10余項(xiàng)。
劉治鋼，博士，高級(jí)工程師，現(xiàn)任職于中國(guó)空間技術(shù)研究院總體部。主要從事航天器供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、大功率航天器能源管理、近場(chǎng)無線傳能技術(shù)等工作。曾先后參加“嫦娥五號(hào)”飛行試驗(yàn)器、火星探測(cè)器供配電分系統(tǒng)研制。主持多項(xiàng)國(guó)防科技創(chuàng)新特區(qū)、裝備預(yù)研共用技術(shù)和航天領(lǐng)域預(yù)研專用技術(shù)項(xiàng)目。在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文20余篇，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利10余項(xiàng)、軟件著作權(quán)5項(xiàng)。
張曉峰，碩士，高級(jí)工程師，現(xiàn)任職于中國(guó)空間技術(shù)研究院總體部。主要從事航天器電源系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、空間分布式能源控制與互聯(lián)等工作。曾先后參加“北斗二號(hào)”、“北斗三號(hào)”、空間基礎(chǔ)設(shè)施等型號(hào)電源分系統(tǒng)研制工作。主持1項(xiàng)國(guó)防基礎(chǔ)科研重點(diǎn)項(xiàng)目，參與多項(xiàng)民用航天、裝備預(yù)研項(xiàng)目。2013年獲軍隊(duì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文20余篇，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利5項(xiàng)、軟件著作權(quán)3項(xiàng)。
付林春，碩士，高級(jí)工程師，現(xiàn)任職于中國(guó)空間技術(shù)研究院總體部。主要從事航天器電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)、空間能源技術(shù)發(fā)展規(guī)劃等工作。作為主任設(shè)計(jì)師主持完成“北斗二號(hào)”供配電分系統(tǒng)研制，作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人主持完成多項(xiàng)民用航天和總裝可靠性研究項(xiàng)目。2015年獲國(guó)防科學(xué)技術(shù)進(jìn)步三等獎(jiǎng)。在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文10余篇，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利10余項(xiàng)。
第 一篇 航天器電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)
第 1 章 緒論 003
1.1 定義和功能 004
1.2 電源系統(tǒng)的分類和組成 006
1.2.1 分類 006
1.2.2 組成 007
1.3 一次電源系統(tǒng) 008
1.3.1 發(fā)電技術(shù) 008
1.3.2 儲(chǔ)能技術(shù) 016
1.3.3 電源控制技術(shù) 023
1.4 總體電路系統(tǒng) 025
1.4.1 配電體制 025
1.4.2 總體電路的任務(wù)及組成 026
1.4.3 過流保護(hù)技術(shù) 026
1.5 航天器電源系統(tǒng)研制流程 029
1.5.1 研制階段 029
1.5.2 研制流程 032
1.6 電源系統(tǒng)評(píng)價(jià) 035
1.7 我國(guó)航天器電源發(fā)展 037
1.7.1 航天器電源技術(shù)發(fā)展 037
1.7.2 航天器配電和總體電路技術(shù)發(fā)展 040
第 2 章 一次電源系統(tǒng)設(shè)計(jì) 043
2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)與約束 044
2.1.1 空間環(huán)境及影響 046
2.1.2 飛行任務(wù) 052
2.1.3 航天器電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)相互制約的因素 053
2.1.4 飛行程序 054
2.1.5 光照條件 054
2.1.6 載荷配置與負(fù)載特性 059
2.2 電源系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 061
2.2.1 母線電壓 061
2.2.2 母線體制 062
2.2.3 太陽(yáng)電池陣功率調(diào)節(jié) 064
2.2.4 能量傳輸方式 069
2.2.5 母線電壓調(diào)節(jié)方式 070
2.2.6 太陽(yáng)電池陣布裝 074
2.3 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 078
2.3.1 太陽(yáng)電池陣 078
2.3.2 蓄電池組 083
2.3.3 電源控制裝置 089
2.3.4 能量平衡分析 092
第3 章 總體電路系統(tǒng)設(shè)計(jì) 101
3.1 概述 102
3.2 工作環(huán)境及約束 103
3.2.1 電磁環(huán)境 103
3.2.2 力學(xué)環(huán)境 104
3.2.3 熱環(huán)境 105
3.2.4 空間環(huán)境 105
3.2.5 其他環(huán)境 105
3.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 107
3.3.1 負(fù)載供電優(yōu)先級(jí)設(shè)計(jì) 109
3.3.2 配電母線體制設(shè)計(jì) 109
3.3.3 配電母線控制設(shè)計(jì) 110
3.3.4 母線保護(hù)設(shè)計(jì) 114
3.4 接地與搭接設(shè)計(jì) 119
3.4.1 接地系統(tǒng)設(shè)計(jì) 119
3.4.2 航天器接地與搭接設(shè)計(jì) 120
3.4.3 航天器接地與搭接設(shè)計(jì)示例 121
3.5 總體電路接口設(shè)計(jì) 124
3.5.1 概述 124
3.5.2 星(器) 箭接口設(shè)計(jì) 124
3.5.3 星(器) 地接口設(shè)計(jì) 125
3.5.4 其他關(guān)鍵接口設(shè)計(jì) 126
3.6 總體電路設(shè)計(jì) 127
3.6.1 配電管理器 127
3.6.2 火工品管理器 131
3.6.3 電纜網(wǎng) 133
第二篇 航天器電源系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)與測(cè)試
第4 章 電源系統(tǒng)可靠性與安全性設(shè)計(jì) 147
4.1 設(shè)計(jì)概述 148
4.2 可靠性定量指標(biāo)的預(yù)計(jì)與分配 152
4.2.1 可靠性模型建立 152
4.2.2 可靠性預(yù)計(jì) 153
4.2.3 可靠性分配 154
4.3 熱設(shè)計(jì)和抗力學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì) 155
4.3.1 熱設(shè)計(jì) 155
4.3.2 抗力學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì) 157
4.4 降額和冗余裕度設(shè)計(jì) 159
4.4.1 降額設(shè)計(jì) 159
4.4.2 冗余設(shè)計(jì) 160
4.4.3 裕度設(shè)計(jì) 161
4.5 電磁兼容和防靜電放電設(shè)計(jì) 163
4.5.1 電磁兼容設(shè)計(jì) 163
4.5.2 防靜電放電設(shè)計(jì) 164
4.6 抗輻射設(shè)計(jì) 167
4.6.1 太陽(yáng)電池陣抗輻射設(shè)計(jì) 168
4.6.2 電子設(shè)備抗輻射設(shè)計(jì) 169
4.7 供電安全設(shè)計(jì) 171
4.7.1 一般原則 171
4.7.2 蓄電池組安全設(shè)計(jì) 172
4.7.3 總體電路安全設(shè)計(jì) 173
4.7.4 綜合測(cè)試安全設(shè)計(jì) 173
第5 章 電源系統(tǒng)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析與控制 175
5.1 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)概述 176
5.1.1 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)策劃 177
5.1.2 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與評(píng)價(jià) 179
5.1.3 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì) 179
5.1.4 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控 180
5.2 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析與控制項(xiàng)目 182
5.2.1 任務(wù)分析 182
5.2.2 關(guān)鍵特性識(shí)別和設(shè)計(jì)裕度量化分析 184
5.2.3 接口匹配性分析 185
5.2.4 抗單粒子防護(hù)和供電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 故障預(yù)案充分性及其驗(yàn)證情況分析 188
第6 章 電源系統(tǒng)性能、測(cè)試與環(huán)境試驗(yàn) 189
6.1 電源系統(tǒng)性能 190
6.1.1 太陽(yáng)電池陣 190
6.1.2 蓄電池組 191
6.1.3 電源控制裝置 192
6.1.4 配電器 194
6.1.5 一次母線 194
6.2 電源系統(tǒng)測(cè)試技術(shù) 196
6.2.1 測(cè)試設(shè)備 196
6.2.2 單機(jī)設(shè)備測(cè)試 197
6.2.3 系統(tǒng)測(cè)試 209
6.3 電源系統(tǒng)環(huán)境試驗(yàn) 216
6.3.1 電源控制器、配電器的熱試驗(yàn) 217
6.3.2 太陽(yáng)電池陣的靜電放電試驗(yàn) 220
6.3.3 蓄電池的安全試驗(yàn) 225
第7 章 電源系統(tǒng)在軌運(yùn)行與管理 229
7.1 在軌運(yùn)行 230
7.1.1 飛控和在軌測(cè)試 230
7.1.2 遙控指令管理 231
7.1.3 遙測(cè)參數(shù)分析 231
7.1.4 常規(guī)操作 232
7.2 蓄電池組在軌管理 233
7.2.1 鎘鎳蓄電池組在軌管理 233
7.2.2 氫鎳蓄電池組在軌管理 237
7.2.3 鋰離子蓄電池組在軌管理 243
7.3 電源系統(tǒng)關(guān)鍵特性變化趨勢(shì)分析 249
7.3.1 太陽(yáng)電池陣輸出功率變化趨勢(shì) 249
7.3.2 蓄電池組性能變化趨勢(shì) 254
第8 章 電源系統(tǒng)自主管理 258
8.1 電源系統(tǒng)故障概述 259
8.2 電源系統(tǒng)故障模式 263
8.2.1 太陽(yáng)電池陣故障 263
8.2.2 蓄電池組故障 265
8.2.3 電源控制裝置故障 267
8.2.4 配電開關(guān)與電纜 269
8.3 電源系統(tǒng)故障診斷 271
8.3.1 故障診斷技術(shù) 271
8.3.2 特征模型建模基本方法 272
8.4 自主管理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 274
8.4.1 自主管理范圍與定義 274
8.4.2 自主管理總體設(shè)計(jì) 276
8.4.3 三種控制回路的應(yīng)用 281
8.4.4 能源動(dòng)態(tài)調(diào)度管理技術(shù) 283
8.5 發(fā)展趨勢(shì) 288
第三篇 航天器電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例
第9 章 通信衛(wèi)星電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例 291
9.1 通信衛(wèi)星電源系統(tǒng)特點(diǎn) 292
9.2 國(guó)外通信衛(wèi)星電源系統(tǒng) 293
9.2.1 阿耳忒彌斯衛(wèi)星 293
9.2.2 歐洲通信衛(wèi)星公司W(wǎng)3A 衛(wèi)星 297
9.2.3 阿爾法衛(wèi)星 300
9.3 通信衛(wèi)星電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 304
9.3.1 設(shè)計(jì)條件 304
9.3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 305
9.3.3 太陽(yáng)電池陣設(shè)計(jì) 305
9.3.4 蓄電池組設(shè)計(jì) 307
9.3.5 電源控制設(shè)備設(shè)計(jì) 307
第 10 章 導(dǎo)航衛(wèi)星電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例 309
10.1 導(dǎo)航衛(wèi)星電源系統(tǒng)特點(diǎn) 310
10.2 國(guó)外導(dǎo)航衛(wèi)星電源系統(tǒng) 312
10.2.1 GPSⅢ試驗(yàn)衛(wèi)星 312
10.2.2 “伽利略A/B” 試驗(yàn)衛(wèi)星 313
10.3 MEO 軌道導(dǎo)航衛(wèi)星電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 318
10.3.1 設(shè)計(jì)條件 318
10.3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 319
10.3.3 太陽(yáng)電池陣設(shè)計(jì) 320
10.3.4 蓄電池組設(shè)計(jì) 322
10.3.5 電源控制設(shè)備設(shè)計(jì) 323
第 11 章 遙感衛(wèi)星電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例 327
11.1 遙感衛(wèi)星電源系統(tǒng)特點(diǎn) 328
11.2 國(guó)外遙感衛(wèi)星電源系統(tǒng) 330
11.2.1 地中海盆地觀測(cè)小衛(wèi)星CosmoＧSkymed 330
11.2.2 法國(guó)遙感衛(wèi)星Pleiades衛(wèi)星 332
11.3 遙感衛(wèi)星電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 336
11.4 設(shè)計(jì)條件 337
11.4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 337
11.4.2 太陽(yáng)電池陣設(shè)計(jì) 338
11.4.3 蓄電池組設(shè)計(jì) 340
11.4.4 電源控制設(shè)備設(shè)計(jì) 342
第 12 章 載人航天器電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例 345
12.1 載人航天器電源系統(tǒng)特點(diǎn) 346
12.2 國(guó)外載人航天器電源系統(tǒng) 348
12.2.1 國(guó)際空間站 348
12.2.2 “阿波羅” 飛船 350
12.3 載人航天器電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 353
12.3.1 設(shè)計(jì)條件 353
12.3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 354
12.3.3 太陽(yáng)電池陣設(shè)計(jì) 356
12.3.4 蓄電池組及充電管理 356
12.3.5 電源控制與管理 356
12.3.6 配電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 357
12.3.7 組合體并網(wǎng)供電方案 358
第 13 章 深空探測(cè)器電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例 359
13.1 深空探測(cè)器電源系統(tǒng)特點(diǎn) 360
13.1.1 地內(nèi)天體探測(cè) 361
13.1.2 地外天體探測(cè) 363
13.2 國(guó)外深空探測(cè)器電源系統(tǒng) 367
13.2.1 ESA “火星快車” 367
13.2.2 NASA “好奇號(hào)” 369
13.2.3 NASA “黎明號(hào)” 小行星探測(cè)器 372
13.3 “ 嫦娥三號(hào)” 探測(cè)器電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 377
13.3.1 設(shè)計(jì)要求 377
13.3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 378
13.3.3 著陸器太陽(yáng)電池陣設(shè)計(jì) 380
13.3.4 著陸器蓄電池組設(shè)計(jì) 383
13.3.5 著陸器電源控制設(shè)計(jì) 384
13.3.6 休眠喚醒設(shè)計(jì) 385
13.3.7 多器間能源復(fù)用設(shè)計(jì)技術(shù) 385
第四篇 空間電源發(fā)展趨勢(shì)及新型電源系統(tǒng)
第 14 章 空間任務(wù)需求及電源發(fā)展趨勢(shì) 391
14.1 概述 392
14.2 未來空間任務(wù)需求 393
14.2.1 遙感領(lǐng)域需求 393
14.2.2 導(dǎo)航與通信領(lǐng)域需求 393
14.2.3 深空探測(cè)領(lǐng)域需求 394
14.2.4 載人航天領(lǐng)域需求 394
14.2.5 微小衛(wèi)星領(lǐng)域需求 395
14.3 空間電源發(fā)展趨勢(shì) 396
14.3.1 高壓大功率 396
14.3.2 多負(fù)載特性匹配能力 397
14.3.3 智能自主管理 397
14.3.4 復(fù)雜任務(wù)及環(huán)境適應(yīng)能力 398
14.3.5 小型化、模塊化、集約化 398
14.3.6 可擴(kuò)展、可維護(hù) 399
第 15 章 空間新型電源系統(tǒng)與技術(shù) 400
15.1 高壓大功率電源系統(tǒng) 401
15.1.1 概述 401
15.1.2 研究與應(yīng)用現(xiàn)狀 402
15.1.3 關(guān)鍵技術(shù) 404
15.2 無線能量傳輸技術(shù) 409
15.2.1 概述 409
15.2.2 基本原理 411
15.2.3 研究現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù) 416
15.2.4 航天應(yīng)用前景 422
15.3 空間核電源 424
15.3.1 概述 424
15.3.2 研究與應(yīng)用現(xiàn)狀 426
15.3.3 關(guān)鍵技術(shù) 429
15.4 空間太陽(yáng)能電站 433
15.4.1 概述 433
15.4.2 空間太陽(yáng)能電站電源系統(tǒng)研究情況 434
15.4.3 空間太陽(yáng)能電站關(guān)鍵技術(shù) 437
15.4.4 空間太陽(yáng)能電站電能管理需求及發(fā)展路線 438
15.5 微納衛(wèi)星電源系統(tǒng) 441
15.5.1 概述 441
15.5.2 關(guān)鍵技術(shù) 443
15.5.3 應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì) 447
15.6 空間能源互聯(lián)系統(tǒng) 452
15.6.1 概述 452
15.6.2 能源互聯(lián)研究現(xiàn)狀及空間發(fā)展目標(biāo) 453
15.6.3 空間能源互聯(lián)關(guān)鍵技術(shù) 455
15.6.4 空間能源互聯(lián)構(gòu)想 457
參考文獻(xiàn) 461
縮略語(yǔ) 468
索引 472
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