CN102798878A - 利用太阳电池片探测空间辐射环境的飞行试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用太阳电池片探测空间轨道辐射环境的装置，两太阳电池片通过粘合剂粘贴在支架上，热敏电阻通过粘合剂粘贴在太阳电池片的背面，支架整体安装在卫星表面的向阳面上，热敏电阻通过信号线连接到温度测量电路上，太阳电池片的输出电压直接连接到放大电路上，另一太阳电池片的电流通过取样电阻后得到电压，再被放大器电路放大，数据采集电路将这一电压采集并转换成数字量，与温度测量电路的结果一并通过卫星下传到地面。此外提出了一种利用该装置探测轨道空间辐射环境的方法。本发明的装置结构简单，功耗低，非常适合于飞行搭载试验，其方法可利用太阳电池片测量空间轨道的辐射环境以及太阳电池在轨道辐射环境下的性能退化情况。

Description

利用太阳电池片探测空间辐射环境的飞行试验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种利用太阳电池片在轨探测空间辐射环境的飞行试验装置及方法，特别是利用三结砷化镓太阳电池片的空间辐射环境探测。

背景技术

航天器在轨运行时，会遭遇严酷的空间辐射环境，包括地球辐射带、太阳宇宙射线、银河宇宙射线，这些辐射环境会对航天器上的材料和器件造成严重的损伤，导致热控材料热物性能退化、电子元器件参数衰减，而对于航天器的太阳电池阵，则会造成其电参数变化，包括开路电压和短路电流都会变化。而轨道空间辐射的变化会直接影响太阳电池在轨性能参数的退化，进而影响航天器太阳电池阵供电能力的变化。因此，对轨道辐射环境进行监测和分析，对于航天器太阳电池阵的设计具有重要的意义。目前，三结GaAs太阳电池已广泛应用于我国各类航天器上，但没有相关的辐射效应数据，利用三结GaAs太阳电池片测量空间轨道的实际辐射环境，可为航天器太阳电池的设计提供依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用太阳电池片探测空间轨道辐射环境的飞行试验装置，可以利用这一装置在轨测量太阳电池片的电性能参数的变化，为航天器太阳电池的设计分析提供数据。

同时，提出了一套利用此装置探测轨道空间辐射环境的飞行试验方法，可在卫星上搭载此装置进行轨道空间辐射环境的监测和分析，为地面进行航天器太阳电池设计提供依据。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种利用太阳电池片探测空间轨道辐射环境的飞行试验装置，主要包括探测器单元和探测电路单元两部分，探测器单元包括太阳电池片一、太阳电池片二、热敏电阻、支架，太阳电池片一、太阳电池片二均通过粘合剂粘贴在支架的上表面上，热敏电阻通过粘合剂粘贴在太阳电池片二的背面，支架整体设置在卫星表面的向阳面上，探测电路单元包括取样电阻、放大电路、数据采集电路、温度测量电路，探测器单元与探测电路单元之间通过信号线连接，其中热敏电阻通过信号线连接到温度测量电路上，太阳电池片一的输出电压直接连接到放大电路的输入端，太阳电池片二的电流通过取样电阻后得到电压，再连接到放大器电路的输入端放大，数据采集电路将这一电压采集并转换成数字量，与温度测量电路的结果一并通过卫星(未示出)下传到地面测控站。

进一步地，所述太阳电池片为三结砷化镓太阳电池片或者砷化镓太阳电池片。

本发明中利用此装置探测轨道空间辐射环境的方法，主要包括以下步骤：

1)将权利要求1或2所述装置设置在航天器上并将其与航天器的遥测系统进行相应的电连接，航天器在轨运动过程中该装置经受空间辐射环境的辐射；

2)通过航天器遥测系统与地面的双向通信获得受测太阳电池片的电压数据、温度、光照角；

3)利用相同的太阳电池片在地面经受1MeV电子的辐照，获得太阳电池片的开路电压值、短路电流值相对辐射量的变化关系：

η_Isc＝f₁(Φ)

·································(1)

η_Voc＝f₂(Φ)

其中：Φ——电子注量；

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{Isc}}\%=\frac{I_{\mathrm{SC}}}{I_{\mathrm{SC}0}}\×100\%$ $...\left(2\right)$

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{Voc}}\%=\frac{V_{\mathrm{OC}}}{V_{\mathrm{OC}0}}\×100\%$

I_sc、I_sc0——分别表示在辐照后、辐照前太阳电池片的短路电流值；

V_oc、V_oc0——分别表示在辐照后、辐照前太阳电池片的开路电压值；

4)根据太阳电池片开路电压、短路电流随温度的变化曲线，计算得到在轨道温度T下的理论初始开路电压、短路电流V_ocT0、I_scT0；再根据光照角与太阳电池开路电压、短路电流的关系，由V_ocT0、I_scT0以及当时的光照角计算得到在轨道实时温度及光照条件下的初始开路电压V_ocT-Light0、短路电流I_scT-Light0；

5)根据轨道测量得到的开路电压、短路电流数据以及计算得到的初始开路电压V_ocT-Light0、短路电流的数据I_scT-Light0，代入式2、1中计算得到空间轨道等效辐照环境注量。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1)该发明中的飞行试验装置结构简单，功耗低，非常适合于飞行搭载试验。

2)该发明中的方法可利用太阳电池片测量空间轨道的辐射环境以及太阳电池在轨道辐射环境下的性能退化情况。

附图说明

图1是本发明的太阳电池片探测空间轨道辐射环境的飞行试验装置示意图。

其中，1为太阳电池片1；2为太阳电池片2；3为热敏电阻；4为支架；5为取样电阻；6为电压放大电路；7为温度测量电路；8为数据采集电路。

具体实施方式

以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。

本发明包括一种利用太阳电池片探测空间轨道辐射环境的装置以及方法。如附图1所示，利用太阳电池片探测空间轨道辐射环境的飞行试验装置主要包括探测器单元和探测电路单元两部分，探测器单元包括太阳电池片一(1)、太阳电池片二(2)、热敏电阻(3)、支架(4)，太阳电池片一(1)、太阳电池片二(2)均通过粘合剂粘贴在支架(4)上，热敏电阻(3)通过粘合剂粘贴在太阳电池片二(2)的背面，支架整体安装在卫星(未示出)表面向阳面上。探测电路单元包括取样电阻(5)、放大电路(6)、数据采集电路(8)、温度测量电路(7)。探测器单元与探测电路单元之间通过信号线连接，其中热敏电阻(3)通过信号线连接到温度测量电路(7)上，太阳电池片-的输出电压直接连接到放大电路(6)上，太阳电池片二(2)的电流通过取样电阻(5)后得到电压，再被放大器电路(6)放大，数据采集电路(8)将这一电压采集并转换成数字量，与温度测量电路(7)的结果一并通过卫星(未示出)下传到地面监控站。

进一步地，所述太阳电池片为三结砷化镓太阳电池片或者砷化镓太阳电池片。

本发明中利用此装置探测轨道空间辐射环境的方法，主要包括以下步骤：

1)将上述装置设置在航天器上并将其与航天器的遥测系统进行相应的电连接，航天器在轨运动过程中该装置经受空间辐射环境的辐射；

2)通过航天器遥测系统与地面的双向通信获得受测太阳电池片的电压数据、温度、光照角(太阳电池片表面法线与太阳光入射方向的夹角)；

3)利用相同的太阳电池片在地面经受1MeV电子的辐照，获得太阳电池片的开路电压值、短路电流值相对辐射量的变化关系，如下式所示：

η_Isc＝f₁(Φ)

·································(1)

η_Voc＝f₂(Φ)

其中：Φ——电子注量；

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{Isc}}\%=\frac{I_{\mathrm{SC}}}{I_{\mathrm{SC}0}}\×100\%$ $...\left(2\right)$

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{Voc}}\%=\frac{V_{\mathrm{OC}}}{V_{\mathrm{OC}0}}\×100\%$

I_sc、I_sc0——分别表示在辐照后、辐照前太阳电池片的短路电流值；

V_oc、V_oc0——分别表示在辐照后、辐照前太阳电池片的开路电压值。

4)根据太阳电池片开路电压、短路电流随温度的变化曲线，计算得到在轨道温度T下的理论初始开路电压、短路电流V_ocT0、I_scT0；再根据光照角与太阳电池开路电压、短路电流的关系，由V_ocT0、I_scT0以及当时的光照角计算得到在轨道实时温度及光照条件下的初始开路电压V_ocT-Light0、短路电流I_scT-Light0；

5)根据轨道测量得到的开路电压、短路电流数据以及计算得到的初始开路电压V_ocT-Light0、短路电流的数据I_scT-Light0，代入式2、1中计算得到空间轨道等效辐照环境注量。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，本领域的技术人员可以依据本发明的精神对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用在未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明保护范围之内。

Claims (3)

1.一种利用太阳电池片探测空间轨道辐射环境的飞行试验装置，主要包括探测器单元和探测电路单元两部分，探测器单元包括太阳电池片一、太阳电池片二、热敏电阻、支架，太阳电池片一、太阳电池片二均通过粘合剂粘贴在支架的上表面上，热敏电阻通过粘合剂粘贴在太阳电池片二的背面，支架整体设置在卫星表面的向阳面上，探测电路单元包括取样电阻、放大电路、数据采集电路、温度测量电路，探测器单元与探测电路单元之间通过信号线连接，其中热敏电阻通过信号线连接到温度测量电路上，太阳电池片一的输出电压直接连接到放大电路上，太阳电池片二的电流通过取样电阻后得到电压，再被放大器电路放大，数据采集电路将这一电压采集并转换成数字量，与温度测量电路的结果一并通过卫星下传到地面测控站。

2.如权利要求1所述的利用太阳电池片探测空间轨道辐射环境的飞行试验装置，其中，所述太阳电池片为三结砷化镓太阳电池片或者砷化镓太阳电池片。

3.一种利用权利要求1或2所述的装置探测轨道空间辐射环境的方法，主要包括以下步骤：

1)将权利要求1或2所述装置设置在航天器上并将其与航天器的遥测系统进行相应的电连接，航天器在轨运动过程中该装置经受空间辐射环境的辐射；

2)通过航天器遥测系统与地面的双向通信获得受测太阳电池片的电压数据、温度、光照角；

3)利用相同的太阳电池片在地面经受1MeV电子的辐照，获得太阳电池片的开路电压值、短路电流值相对辐射量的变化关系：

η_Isc＝f₁(Φ)

·································(1)

η_Voc＝f₂(Φ)

其中：Φ——电子注量；

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{Isc}}\%=\frac{I_{\mathrm{SC}}}{I_{\mathrm{SC}0}}\×100\%$ $...\left(2\right)$

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{Voc}}\%=\frac{V_{\mathrm{OC}}}{V_{\mathrm{OC}0}}\×100\%$

I_sc、I_sc0——分别表示在辐照后、辐照前太阳电池片的短路电流值；

V_oc、V_oc0——分别表示在辐照后、辐照前太阳电池片的开路电压值；

4)根据太阳电池片开路电压、短路电流随温度的变化曲线，计算得到在轨道温度T下的理论初始开路电压、短路电流V_ocT0、I_scT0(此处为下标)；再根据光照角与太阳电池开路电压、短路电流的关系，由V_ocT0、I_scT0以及当时的光照角计算得到在轨道实时温度及光照条件下的初始开路电压V_ocT-Light0、短路电流I_scT-Light0；

5)根据轨道测量得到的开路电压、短路电流数据以及计算得到的初始开路电压V_ocT-Light0、短路电流的数据I_scT-Light0，代入式2、1中计算得到空间轨道等效辐照环境注量。

Images