内容简介:
《航天器电源技术/空间技术与科学研究丛书·国之重器出版工程》系统介绍了国内外航天器电源技术的新进展，重点梳理了国内外通信、导航、遥感、载人航天、深空探测领域典型航天器平台电源系统设计案例，系统介绍了各领域航天器电源系统的拓扑结构和关键技术，使读者能够全面理解航天器电源系统。系统梳理了我国航天器工程项目中电源系统可靠性与安全性设计、风险分析与控制、测试与试验、在轨管理等方面的经验、流程及设计方法，使读者能够了解航天工程一线的知识沉淀，对读者的学习、工作产生启发。最后通过梳理未来航天器发展对航天器电源技术的需求，介绍了高压大功率电源、空间核电源、无线能量传输、能源互联网等新型电源系统与技术，指出了未来航天器电源系统发展趋势。
《航天器电源技术/空间技术与科学研究丛书·国之重器出版工程》立足于航天器电源系统总体设计，强调航天器电源系统性技术和工程应用经验凝练和总结。可作为高等院校宇航相关专业学生的教学参考书，也可供从事宇航工程、航天器总体设计及有关专业的科技人员参考。作者简介:
陈琦，博士，研究员，现任中国空间技术研究院总体部副部长，中国宇航学会空间能源专业委员会委员。研究方向为航天器电源系统设计、空间能源技术发展规划。作为主任设计师主持完成以“海洋二号”、资源系列为代表的10余颗卫星电源分系统研制。作为项目负责人主持完成多项民用航天和装备预研项目。2014年获中国航天基金奖，2015年获国防科学技术进步一等奖、中国航天科技集团科学技术进步一等奖。曾出版译著《航天器电源系统》1部，在国内外学术期刊发表论文30余篇，授权国家发明专利10余项。
刘治钢，博士，高级工程师，现任职于中国空间技术研究院总体部。主要从事航天器供配电系统设计、大功率航天器能源管理、近场无线传能技术等工作。曾先后参加“嫦娥五号”飞行试验器、火星探测器供配电分系统研制。主持多项国防科技创新特区、装备预研共用技术和航天领域预研专用技术项目。在国内外学术期刊发表论文20余篇，授权国家发明专利10余项、软件著作权5项。
张晓峰，硕士，高级工程师，现任职于中国空间技术研究院总体部。主要从事航天器电源系统总体设计、空间分布式能源控制与互联等工作。曾先后参加“北斗二号”、“北斗三号”、空间基础设施等型号电源分系统研制工作。主持1项国防基础科研重点项目，参与多项民用航天、装备预研项目。2013年获军队科技进步二等奖，在国内外学术期刊发表论文20余篇，授权国家发明专利5项、软件著作权3项。
付林春，硕士，高级工程师，现任职于中国空间技术研究院总体部。主要从事航天器电源系统设计、空间能源技术发展规划等工作。作为主任设计师主持完成“北斗二号”供配电分系统研制，作为项目负责人主持完成多项民用航天和总装可靠性研究项目。2015年获国防科学技术进步三等奖。在国内外学术期刊发表论文10余篇，授权国家发明专利10余项。
目录:
第 一篇 航天器电源系统设计
第 1 章 绪论 003
1．1 定义和功能 004
1．2 电源系统的分类和组成 006
1．2．1 分类 006
1．2．2 组成 007
1．3 一次电源系统 008
1．3．1 发电技术 008
1．3．2 储能技术 016
1．3．3 电源控制技术 023
1．4 总体电路系统 025
1．4．1 配电体制 025
1．4．2 总体电路的任务及组成 026
1．4．3 过流保护技术 026
1．5 航天器电源系统研制流程 029
1．5．1 研制阶段 029
1．5．2 研制流程 032
1．6 电源系统评价 035
1．7 我国航天器电源发展 037
1．7．1 航天器电源技术发展 037
1．7．2 航天器配电和总体电路技术发展 040
第 2 章 一次电源系统设计 043
2．1 设计依据与约束 044
2．1．1 空间环境及影响 046
2．1．2 飞行任务 052
2．1．3 航天器电源系统设计相互制约的因素 053
2．1．4 飞行程序 054
2．1．5 光照条件 054
2．1．6 载荷配置与负载特性 059
2．2 电源系统的拓扑结构 061
2．2．1 母线电压 061
2．2．2 母线体制 062
2．2．3 太阳电池阵功率调节 064
2．2．4 能量传输方式 069
2．2．5 母线电压调节方式 070
2．2．6 太阳电池阵布装 074
2．3 电源系统设计与计算 078
2．3．1 太阳电池阵 078
2．3．2 蓄电池组 083
2．3．3 电源控制装置 089
2．3．4 能量平衡分析 092
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
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
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CosmoＧSkymed 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
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
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