CN103264777A - 一种航天器两器能源共用方法 - Google Patents
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Abstract
一种航天器两器能源共用方法，通过设计能源共用电路和一套逻辑控制指令，解决两个航天器的能源共用问题，能源共用包括三方面，一是当航天器A能源供应不足，航天器B能源供应有余量时，将航天器B蓄电池组接入航天器A电源系统，共同为航天器A负载供电；二是在航天器B蓄电池组需要充电，而航天A能源供应有余量时，由航天器A电源系统为航天器B蓄电池组进行充电；三是在航天器B蓄电池组充满后，航天器A能源供应有余量时，航天器A电源系统可以为航天器B母线供电。实际在轨应用时，根据航天器A和航天器B电源系统的实际工作状态，通过地面指令控制，实现两个航天器的能源共用。本发明提高了航天器能源供应裕度，提高了供电可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种航天器两器能源共用方法，主要应用于重量要求苛刻的航天器，特别适用于深空探测航天器。
背景技术
对于常规卫星或航天器，其都有独立的电源系统，电源系统在设计时已经留有足够的能源裕度，以应对卫星或航天器在飞行过程中的各种突发情况，保证卫星或航天器的正常能源供应。
对于常规卫星或航天器，重量裕度较为宽松，卫星或航天器可以通过简单增大太阳翼面积或增加蓄电池组容量来提高能源裕度，以提高供电可靠性。
但对于深空探测航天器，受运载火箭能力限制，航天器的重量约束非常苛刻，如果航天器A和航天器B仅采用各自的电源系统提供能源，无法实现能量平衡，如果简单增加电源系统配置，将会带来较大的重量增加，不能满足任务要求。
发明内容
本发明的技术解决问题是：在不增加航天器电源系统重量的条件下，如何设计电源系统，安全可靠的实现航天器A与航天器B间的能源共用，提高航天器能源裕度，为航天器的安全飞行提供能源保障。
本发明的技术解决方案是：一种航天器两器能源共用方法，其特点在于，提出一种航天器A和航天器B能源共用的供电方法，通过设计能源共用电路和一套逻辑控制指令，在航天器A能源供应不足，航天器B能源供应又有余量时，将航天器B蓄电池组接入航天器A电源系统，共同参与航天器A供电；在航天器B蓄电池组需要充电，而航天器A能源供应又有余量时，由航天器A电源系统为航天器B蓄电池组进行充电；三是在航天器B蓄电池组充满后，航天器A能源供应又有余量时，航天器A电源系统可以为航天器B母线供电。在轨应用时，根据航天器A和航天器B电源系统的实际工作状态，通过地面控制，实现两器的能源共用。
在航天器A和航天器B电源系统不需要能源共用时，各开关状态为：充电切换开关K1为航天器A通状态；航天器B备份放电开关K2为断开状态；充电基准开关K3为航天器A通状态；航天器A放电开关K4处于接通状态；充放电开关K5为断开状态。航天器B蓄电池放电开关K6为断开状态。
所述航天器B蓄电池组为航天器A供电步骤如下：
（101）当航天器A能源供应不足，需要航天器B蓄电池进行供电，通过地面发送指令进行开关状态设置；
（102）通过地面发送指令，接通充放电开关K5，建立航天器A和航天器B供电通路；
（103）通过地面发送指令，接通充电基准开关K3航天器B通，将航天器B蓄电池组电压引入航天器A电源控制器，用于逻辑控制；
（104）通过地面发送指令，接通充电切换开关K1航天器B通，给航天器B母线电容进行充电；
（105）通过地面发送指令，接通航天器B放电开关K6，将航天器B蓄电池组引入两器供电通路；
（106）通过地面发送指令，接通航天器B备份放电开关K2，将航天器B蓄电池组功率引入航天器A的BDR1（放电调节器模块1）；
（107）航天器B为航天器A供电状态设置完成，航天器B进入为航天器A供电状态。
所述航天器A为航天器B充电步骤如下：
（201）当航天器B蓄电池组需要充电，而航天器A能源供应又有余量时，通过地面发送指令进行开关状态设置；
（202）通过地面发送指令，接通充放电开关K5，建立航天器A和航天器B供电通路；
（203）通过地面发送指令，接通充电基准开关K3航天器B通，将航天器B蓄电池组电压引入航天器A电源控制器，用于逻辑控制；
（204）通过地面发送指令，接通充电切换开关K1航天器B通，给航天器B母线电容进行充电；
（205）通过地面发送指令，接通航天器B放电开关K6，将航天器B蓄电池组引入充电通路；
（206）航天器A为航天器B充电状态设置完成，航天器A进入为航天器B蓄电池组充电状态。
所述航天器A为航天器B母线供电步骤如下：
（301）当航天器B蓄电池组充满后，而航天器A能源供应又有余量时，航天器A可以为航天器B母线供电，通过地面发送指令进行开关状态设置；
（302）通过地面发送指令，接通充放电开关K5，建立航天器A和航天器B供电通路；
（303）通过地面发送指令，接通充电基准开关K3航天器B通，将航天器B蓄电池组电压信号引入航天器A电源控制器，用于逻辑控制；
（304）通过地面发送指令，接通充电切换开关K1航天器B通，给航天器B母线电容进行充电；
（305）通过地面发送指令，接通航天器B放电开关K6，将航天器B蓄电池组引入供电通路；
（306）航天器A为航天器B母线供电状态设置完成，航天器A进入为航天器B母线供电状态。
断开航天器B蓄电池组为航天器A供电步骤如下：
（401）通过地面发送指令，断开航天器B备份放电开关K2，断开航天器B蓄电池组功率与航天器A的BDR1（放电调节器模块1）的连接；
（402）通过地面发送指令，断开航天器B放电开关K6，断开航天器B蓄电池组与两器充放电通路的连接；
（403）通过地面发送指令，发充电切换开关K1航天器A通，航天器A充电分流模块3和4切换给航天器A蓄电池组充电；
（404）通过地面发送指令，发充电基准开关K3航天器A通，将航天器A蓄电池组电压引入航天器A电源控制器，用于逻辑控制；
（405）通过地面发送指令，断开充放电开关K5，断开航天器A和航天器B供电通路。
断开航天器A为航天器B蓄电池充电步骤为如下：
（501）通过地面发送指令，发充电切换开关K1航天器A通，航天器A充电分流模块3和4切换给航天器A蓄电池组充电；
（502）通过地面发送指令，发充电基准开关K3航天器A通，将航天器A蓄电池组电压引入航天器A电源控制器，用于逻辑控制；
（503）通过地面发送指令，断开充放电开关K5，断开航天器A和航天器B供电通路。
断开航天器A为航天器B母线供电步骤为：
（601）通过地面发送指令，发充电切换开关K1航天器A通，航天器A充电分流模块3和4切换给航天器A蓄电池组充电；
（602）通过地面发送指令，发充电基准开关K3航天器A通，将航天器A蓄电池组电压引入航天器A电源控制器，用于逻辑控制；
（603）通过地面发送指令，断开充放电开关K5，断开航天器A和航天器B供电通路。
以上所述各控制开关均位于电源控制器内部，其中有4个开关位于航天器A电源控制器内部，2个开关位于航天器B电源控制器内部，分别是：
（1）充电切换开关K1位于航天器A电源控制器内部，用于实现航天器A两路太阳电池电路充电功率去向的切换控制，默认状态下，太阳电池电路充电功率为航天器A蓄电池组进行充电，当充电切换开关航天器B通后，充电功率可以为航天器B蓄电池组进行充电，无两器能源共用需求的卫星或航天器没有此开关；
（2）航天器B备份放电开关K2位于航天器A电源控制器内部，用于实现航天器A放电调节器模块1的功率输入来源，默认情况下，航天器A放电调节器模块1的功率输入来源为航天器A蓄电池组，当需要航天器B为航天器A放电，航天器B备份放电开关接通后，航天器A放电调节器模块1的功率输入来源为航天器B蓄电池组，无两器能源共用需求的卫星或航天器没有此开关；
（3）充电基准开关K3位于航天器A电源控制器内部，用于实现航天器A充电模块充电基准的切换，默认情况下，航天器A充电模块充电基准为航天器A蓄电池组电压，当需要为航天器B蓄电池组充电，当充电基准开关航天器B通后，航天器A充电模块充电基准变为航天器B蓄电池组电压，无两器能源共用需求的卫星或航天器没有此开关；
（4）航天器A放电开关K4位于航天器A电源控制器内部，用于建立航天器A蓄电池组的充放电通路，当航天器A蓄电池组需要充放电时，接通此开关。
（5）充放电开关K5位于航天器B电源控制器内部，用于建立航天器A和航天器B的供电通路，当航天器A和航天器B需要能源共用时，接通充放电开关，当不需要能源共用时，断开充放电开关，无两器能源共用需求的卫星或航天器没有此开关；
（6）航天器B放电开关K6位于航天器B电源控制器内部，用于建立航天器B蓄电池组的充放电通路，当航天器B蓄电池组需要充放电时，接通此开关。
本发明与现有技术相比的优点：本发明通过设计能源共用电路和一套逻辑控制指令，在不增加航天器电源系统重量的条件下，安全可靠的实现航天器A与航天器B间的能源共用，实现航天器的能源可靠供应。
附图说明
图1为航天器A和航天器B能源共用两器接口图；
图2为航天器B蓄电池为航天器A供电流程图；
图3为航天器A为航天器B蓄电池组充电流程图；
图4为航天器A为航天器B母线供电流程图。
具体实施方式
图1为航天器A和航天器B能源共用两器接口图，航天器A电源控制器和航天器B电源控制器通过脐带电缆连接，开关K1、K2、K3、K4位于航天器A电源控制器内部，K1为充电切换开关，K2为航天器B备份放电开关，K3为充电基准开关，K4为航天器A蓄电池放电开关；BDR1、BDR2～BDR6位于航天器A电源控制器内部，分别为放电调节模块1、放电调节模块2～放电调节模块6；图中航天器A电源控制器和航天器A电池组通过电缆连接；开关K5、K6位于航天器B电源控制器内部，K5为充放电开关，K6为航天器B放电开关；航天器B电源控制器和航天器B电池组通过电缆连接。
航天器两器能源共用方法的特点和难点在于：在不增加航天器电源系统重量的条件下，充分利用航天器A和航天器B电源控制器原有的功率模块，通过设计能源共用电路和逻辑控制指令，并通过两器间的电接口实现航天器A和航天器B的能源共用。
航天器A为航天器B蓄电池组充电、为航天器B母线供电和航天器B蓄电池组为航天器A母线供电，两航天器电源系统互不干扰，开关切换的时序经过特殊设计，确保切换过程中的供电安全和输出母线电压的平稳性；这种两器能源共用方法，能够保证航天器A和航天器B两套电源系统间的供电安全，其中一套电源系统发生故障时都不会产生故障蔓延，不会影响另一套电源系统的供电安全。
航天器采用能源共用方案后，航天器A和航天器B的能源供应安全裕度得到提高，确保在轨飞行时，能源供应有更大的调整和适应能力。
本发明充分利用航天器A和航天器B电源控制器原有的功率模块，通过电路设计和一套逻辑控制指令，并通过脐带电缆进行功率传输，来达到航天器A和航天器B的能源共用。
如图1所示，相对于不含有能源共用的航天器或卫星，本发明的变化主要体现在电源控制器。航天器A电源控制器增加了充电切换开关K1、航天器B备份放电开关K2、充电基准开关K3，航天器B电源控制器增加了充放电开关K5，并增加了对K1、K2、K3、K5进行控制的开关控制电路。按照航天器两器能源共用方法来依次设置上述开关就可以实现两器能源共用。
航天器A为航天器B蓄电池组充电、为航天器B母线供电以及航天器B蓄电池为航天器A供电，都是通过地面发送指令完成的，与能源共用相关的控制开关有6个，其中有4个开关位于航天器A电源控制器内部，分别是K1、K2、K3、K4，2个开关位于航天器B电源控制器内部，分别是K5、K6。
充电切换开关K1位于航天器A电源控制器内部，用于实现航天器A两路太阳电池电路充电功率去向的切换控制，默认状态下，太阳电池电路充电功率为航天器A蓄电池组进行充电，当充电切换开关航天器B通后，充电功率可以为航天器B蓄电池组进行充电，无两器能源共用需求的卫星或航天器没有此开关。
航天器B备份放电开关K2位于航天器A电源控制器内部，用于实现航天器A放电调节器模块1的功率输入来源，默认情况下，航天器A放电调节器模块1的功率输入来源为航天器A蓄电池组，当需要航天器B为航天器A放电，航天器B备份放电开关接通后，航天器A放电调节器模块1的功率输入来源为航天器B蓄电池组，无两器能源共用需求的卫星或航天器没有此开关。
充电基准开关K3位于航天器A电源控制器内部，用于实现航天器A充电模块充电基准的切换，默认情况下，航天器A充电模块充电基准为航天器A蓄电池组电压，当需要为航天器B蓄电池组充电，当充电基准开关航天器B通后，航天器A充电模块充电基准变为航天器B蓄电池组电压，无两器能源共用需求的卫星或航天器没有此开关。
航天器A放电开关K4位于航天器A电源控制器内部，用于建立航天器A蓄电池组的充放电通路，当航天器A蓄电池组需要充放电时，接通此开关。
充放电开关K5位于航天器B电源控制器内部，用于建立航天器A和航天器B的供电通路，当航天器A和航天器B需要能源共用时，接通充放电开关，当不需要能源共用时，断开充放电开关，无两器能源共用需求的卫星或航天器没有此开关。
航天器B放电开关K6位于航天器B电源控制器内部，用于建立航天器B蓄电池组的充放电通路，当航天器B蓄电池组需要充放电时，接通此开关。
本发明航天器B蓄电池组为航天器A电源系统供电过程如表1和图2所示。
表1航天器B蓄电池组为航天器A供电过程
本发明航天器A为航天器B蓄电池组充电过程如表2和图3所示。
表2航天器A给航天器B蓄电池组充电过程
本发明航天器A为航天器B母线供电过程如表3和图4所示。
表3航天器A为航天器B母线供电过程
本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
Claims (1)
1.一种航天器两器能源共用方法，其特征在于实现步骤如下：
（1）通过设计能源共用电路和一套逻辑控制指令，在航天器A能源供应不足，航天器B能源供应有余量时，将航天器B蓄电池组接入航天器A电源系统，共同参与航天器A供电；在航天器B蓄电池组需要充电，而航天器A能源供应有余量时，由航天器A电源系统为航天器B蓄电池组进行充电；在航天器B蓄电池组充满后，航天器A能源供应有余量时，航天器A电源系统为航天器B母线供电；在轨应用时，根据航天器A和航天器B电源系统的实际工作状态，通过地面控制，实现两器的能源共用；
所述能源共用电路包括航天器A电源控制器、航天器B电源控制器，航天器A电源控制器和航天器B电源控制器通过脐带电缆连接。航天器A电源控制器包括开关K1、开关K2、开关K3、开关K4、BDR1、BDR2～BDR6，其中开关K1为充电切换开关，开关K2为航天器B备份放电开关，开关K3为充电基准开关，开关K4为航天器A蓄电池放电开关；BDR1、BDR2～BDR6分别为放电调节模块1、放电调节模块2～放电调节模块6；航天器A电源控制器和航天器A电池组通过电缆连接；航天器B电源控制器包括开关K5、开关K6，开关K5为充放电开关，开关K6为航天器B放电开关；航天器B电源控制器和航天器B电池组通过电缆连接；
所述一套逻辑控制指令包括接通充电切换开关K1航天器B通、接通充电切换开关K1航天器A通、接通航天器B备份放电开关K2、断开航天器B备份放电开关K2、接通充电基准开关K3航天器B通、接通充电基准开关K3航天器A通、接通航天器A蓄电池放电开关K4、断开航天器A蓄电池放电开关K4、接通充放电开关K5、断开充放电开关K5、接通航天器B放电开关K6、断开航天器B放电开关K6；
在航天器A和航天器B电源系统不需要能源共用时，各开关状态为：充电切换开关K1为航天器A通状态；航天器B备份放电开关K2为断开状态；充电基准开关K3为航天器A通状态；航天器A放电开关K4处于接通状态；充放电开关K5为断开状态；航天器B蓄电池放电开关K6为断开状态；
所述航天器B蓄电池组为航天器A供电步骤如下：
（101）当航天器A能源供应不足，需要航天器B蓄电池进行供电，通过地面发送指令进行开关状态设置；
（102）通过地面发送指令，接通充放电开关K5，建立航天器A和航天器B供电通路；
（103）通过地面发送指令，接通充电基准开关K3航天器B通，将航天器B蓄电池组电压引入航天器A电源控制器，用于逻辑控制；
（104）通过地面发送指令，接通充电切换开关K1航天器B通，给航天器B母线电容进行充电；
（105）通过地面发送指令，接通航天器B放电开关K6，将航天器B蓄电池组引入两器供电通路；
（106）通过地面发送指令，接通航天器B备份放电开关K2，将航天器B蓄电池组功率引入航天器A的BDR1（放电调节器模块1）；
（107）航天器B为航天器A供电状态设置完成，航天器B进入为航天器A供电状态；
所述航天器A为航天器B充电步骤如下：
（201）当航天器B蓄电池组需要充电，而航天器A能源供应又有余量时，通过地面发送指令进行开关状态设置；
（202）通过地面发送指令，接通充放电开关K5，建立航天器A和航天器B供电通路；
（203）通过地面发送指令，接通充电基准开关K3航天器B通，将航天器B蓄电池组电压引入航天器A电源控制器，用于逻辑控制；
（204）通过地面发送指令，接通充电切换开关K1航天器B通，给航天器B母线电容进行充电；
（205）通过地面发送指令，接通航天器B放电开关K6，将航天器B蓄电池组引入充电通路；
（206）航天器A为航天器B充电状态设置完成，航天器A进入为航天器B蓄电池组充电状态；
所述航天器A为航天器B母线供电步骤如下：
（301）当航天器B蓄电池组充满后，而航天器A能源供应又有余量时，航天器A可以为航天器B母线供电，通过地面发送指令进行开关状态设置；
（302）通过地面发送指令，接通充放电开关K5，建立航天器A和航天器B供电通路；
（303）通过地面发送指令，接通充电基准开关K3航天器B通，将航天器B蓄电池组电压信号引入航天器A电源控制器，用于逻辑控制；
（304）通过地面发送指令，接通充电切换开关K1航天器B通，给航天器B母线电容进行充电；
（305）通过地面发送指令，接通航天器B放电开关K6，将航天器B蓄电池组引入供电通路；
（306）航天器A为航天器B母线供电状态设置完成，航天器A进入为航天器B母线供电状态；
断开航天器B蓄电池组为航天器A供电步骤如下：
（401）通过地面发送指令，断开航天器B备份放电开关K2，断开航天器B蓄电池组功率与航天器A的BDR1（放电调节器模块1）的连接；
（402）通过地面发送指令，断开航天器B放电开关K6，断开航天器B蓄电池组与两器充放电通路的连接；
（403）通过地面发送指令，发充电切换开关K1航天器A通，航天器A充电分流模块3和4切换给航天器A蓄电池组充电；
（404）通过地面发送指令，发充电基准开关K3航天器A通，将航天器A蓄电池组电压引入航天器A电源控制器，用于逻辑控制；
（405）通过地面发送指令，断开充放电开关K5，断开航天器A和航天器B供电通路；
所述断开航天器A为航天器B蓄电池充电步骤如下：
（501）通过地面发送指令，发充电切换开关K1航天器A通，航天器A充电分流模块3和4切换给航天器A蓄电池组充电；
（502）通过地面发送指令，发充电基准开关K3航天器A通，将航天器A蓄电池组电压引入航天器A电源控制器，用于逻辑控制；
（503）通过地面发送指令，断开充放电开关K5，断开航天器A和航天器B供电通路；
所述断开航天器A为航天器B母线供电步骤如下：
（601）通过地面发送指令，发充电切换开关K1航天器A通，航天器A充电分流模块3和4切换给航天器A蓄电池组充电；
（602）通过地面发送指令，发充电基准开关K3航天器A通，将航天器A蓄电池组电压引入航天器A电源控制器，用于逻辑控制；
（603）通过地面发送指令，断开充放电开关K5，断开航天器A和航天器B供电通路。
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