CN105083594A - 基于光电感应的非接触式纳卫星搭载供电系统和方法 - Google Patents

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侯建文
邹兴
袁建平
倪涛
李金岳
韩旭
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Abstract

本发明提供了一种基于光电感应的非接触式纳卫星搭载供电系统和方法，包括步骤：纳卫星搭载在主航天器上；将纳卫星上的三结砷化镓太阳电池模组与主航天器上的发光二极管阵列的包络边缘重合且两者最大间距不大于1cm；当主航天器上的发光二极管阵列控制模块控制发光二极管阵列发光时，三结砷化镓太阳电池模组接收光能，并通过光电转换效应转换为电能，经纳卫星上的电源管理模块向纳卫星上的各电子设备供电。本发明充分利用纳卫星上原有配置的太阳电池，采用先进的微电子技术和材料加工工艺，摒弃了传统卫星搭载供电的电缆连接切割或者分离插头连接分离方式，降低了纳卫星搭载供电装置的资源消耗，提高了纳卫星空间分离的安全性和可靠性。

Description

基于光电感应的非接触式纳卫星搭载供电系统和方法
技术领域
本发明涉及卫星供配电技术领域，尤其涉及一种主航天器向搭载纳卫星进行非接触式供电的系统和方法。
背景技术
在航天领域，传统的实现两个相互独立的航天器之间的能量传递的方法一般有插头分离和电缆切割两种方式。
插头分离方式分为插头和插座两个部分，分离插座一般安装在子航天器上，两个航天器未分离前插头和插座保持紧密的契合状态，两个航天器分离时由主航天器向分离插头发出分离的电信号，分离插头通过电磁转换原理产生分离力将插头从插座上拔出。
电缆切割方式分为电缆和火工切割器两个部分，火工切割器一般安装在主航天器上，两个航天器未分离前通过集中捆扎的细电缆束连接，两个航天器分离时由主航天器向切割器发出分离的电信号，切割器将连接电缆切断。
采用基于光电感应的非接触式纳卫星搭载供电的方法，可以有效解决纳卫星体积小，无法为现有的分离插头提供足够的安装空间的问题，同时和电缆切割方式相比，该方法具有更高的可靠性和安全性。
目前航天领域没有发现与本发明类似相关技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于光电感应的非接触式纳卫星搭载供电系统和方法，以解决纳卫星搭载在其它航天器上发射分离前的供电问题。利用本发明，可以主航天器和搭载的纳卫星非接触的情况下实现由主航天器向纳卫星的单向能量传递。
根据本发明提供的一种基于光电感应的非接触式纳卫星搭载供电系统，包括：电源管理模块、三结砷化镓太阳电池模组、发光二极管阵列以及发光二极管阵列控制模块；
电源管理模块和三结砷化镓太阳电池模组通过一电缆连接在一起；发光二极管阵列和发光二极管阵列控制模块通过另一电缆连接在一起；
三结砷化镓太阳电池模组、发光二极管阵列分别设置在纳卫星外表面、主航天器外表面；
纳卫星搭载于主航天器；
三结砷化镓太阳电池模组的包络边缘与主航天器上发光二极管阵列的包络边缘重合且两个包络边缘之间的最大间距不大于1cm。
优选地，所述三结砷化镓太阳电池模组，主要由转换效率不小于28％的三结砷化镓太阳电池和柔性印刷电路基板连接组成；三结砷化镓太阳电池使用胶合剂粘结在柔性印刷电路基板上，每块三结砷化镓太阳电池的正、负极端直接焊接在柔性印刷电路基板的焊点上；所述三结砷化镓太阳电池模组采用胶合剂粘结在纳卫星外表面。
优选地，所述发光二极管阵列，主要由单个发光功率不小于1W的发光二极管组成的阵列和柔性印刷电路连接组成，每个发光二极管采用表面安装技术直接焊接在柔性印刷电路的焊点上；所述发光二极管阵列采用胶合剂粘结在主航天器外表面。
优选地，当主航天器上的发光二极管阵列控制模块控制发光二极管阵列发光时，纳卫星上的三结砷化镓太阳电池模组接收光能，并通过光电转换效应转换为电能，经纳卫星上的电源管理模块向纳卫星上的各电子设备供电。
优选地，所述发光二极管阵列控制模块用于控制发光二极管阵列的发光范围和发光强度。
根据本发明提供的一种基于光电感应的非接触式纳卫星搭载供电方法，包括如下步骤：
纳卫星搭载在主航天器上；
将纳卫星上的三结砷化镓太阳电池模组的包络边缘与主航天器上的发光二极管阵列的包络边缘重合且两个包络边缘之间的最大间距不大于1cm；
当主航天器上的发光二极管阵列控制模块控制发光二极管阵列发光时，纳卫星上的三结砷化镓太阳电池模组接收光能，并通过光电转换效应转换为电能，经纳卫星上的电源管理模块向纳卫星上的各电子设备供电。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明充分利用纳卫星上原有配置的太阳电池，摒弃了传统卫星搭载供电的电缆连接切割或者分离插头连接分离方式；
2、本发明采用先进的微电子技术和材料加工工艺，降低了纳卫星搭载供电装置的资源消耗，提高了纳卫星空间分离的安全性和可靠性：
(1)直接利用纳卫星上用于太阳能发电的太阳电池片，减少搭载供电的资源消耗；
(2)高转换效率的三结砷化镓太阳电池模组采用柔性印刷电路技术加工，简化了太阳电池电路的安装流程；
(3)大功率发光二极管阵列采用柔性印刷电路技术加工，简化了发光二极管阵列的安装流程；
(4)主航天器对纳卫星进行非接触式能量传递，提高了纳卫星空间分离的安全性和可靠性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1基于光电感应的非接触式纳卫星搭载供电方法原理组成框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明公开了一种基于光电感应的非接触式纳卫星搭载供电方法，采用光电转换原理实现主航天器对搭载的纳卫星的非接触式供电，包括微型电源管理模块、高转换效率的三结砷化镓太阳电池模组、大功率发光二极管阵列和发光二极管阵列控制模块。微型电源管理模块基于商业级电源管理芯片设计，安装在纳卫星星内，负责对高转换效率的三结砷化镓太阳电池模组产生的电能进行管理控制；高转换效率的三结砷化镓太阳电池模组由转换效率不小于28％的三结砷化镓太阳电池和柔性印刷电路基板构成，采用表面贴附的方式安装在搭载的纳卫星外表面；大功率发光二极管阵列由单个发光功率不小于1W的发光二极管组成的阵列和柔性印刷电路构成，采用表面贴附的方式安装在主航天器外表面；发光二极管阵列控制模块安装在主航天器内，负责控制大功率发光二极管阵列的发光范围和发光强度。本发明充分利用纳卫星上原有配置的太阳电池，采用先进的微电子技术和材料加工工艺，摒弃了传统卫星搭载供电的电缆连接切割或者分离插头连接分离方式，降低了纳卫星搭载供电装置的资源消耗，提高了纳卫星空间分离的安全性和可靠性。
本发明的核心思想在于，提供一种基于光电感应的非接触式纳卫星搭载供电系统和方法，采用光电转换原理实现主航天器对搭载的纳卫星的非接触式供电，包括微型电源管理模块、高转换效率的三结砷化镓太阳电池模组、大功率发光二极管阵列和发光二极管阵列控制模块。本发明提供的一种基于光电感应的非接触式纳卫星搭载供电方法，充分利用纳卫星上原有配置的太阳电池，采用先进的微电子技术和材料加工工艺，摒弃了传统卫星搭载供电的电缆连接切割或者分离插头连接分离方式，降低了纳卫星搭载供电装置的资源消耗，提高了纳卫星空间分离的安全性和可靠性。
请参考图1，图1为本发明提供的一种基于光电感应的非接触式纳卫星搭载供电方法的原理组成框图，如图1所示，一种基于光电感应的非接触式纳卫星搭载供电方法包括：
微型电源管理模块1，基于商业级电源管理芯片设计，安装在纳卫星星内，负责对高转换效率的三结砷化镓太阳电池模组产生的电能进行管理控制。
高转换效率的三结砷化镓太阳电池模组2，由转换效率不小于28％的三结砷化镓太阳电池和柔性印刷电路基板构成，采用表面贴附的方式安装在搭载的纳卫星外表面。
大功率发光二极管阵列3，由单个发光功率不小于1W的发光二极管组成的阵列和柔性印刷电路构成，采用表面贴附的方式安装在主航天器外表面。
发光二极管阵列控制模块4，安装在主航天器内，负责控制大功率发光二极管阵列的发光范围和发光强度。
本非接触式纳卫星搭载供电方法工作原理如下：
纳卫星搭载在主航天器上，纳卫星上高转换效率的三结砷化镓太阳电池模组2的包络边缘与主航天器上大功率发光二极管阵列3的包络边缘重合，且两者之间的最大间距不大于1cm，当主航天器上的发光二极管阵列控制模块4控制大功率发光二极管阵列3发光时，纳卫星上高转换效率的三结砷化镓太阳电池模组2接收光能，并通过光电转换效应转换为电能，经纳卫星上的微型电源管理模块1向纳卫星上各电子设备供电。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种基于光电感应的非接触式纳卫星搭载供电系统，其特征在于，包括：电源管理模块(1)、三结砷化镓太阳电池模组(2)、发光二极管阵列(3)以及发光二极管阵列控制模块(4)；
电源管理模块(1)和三结砷化镓太阳电池模组(2)通过一电缆连接在一起；发光二极管阵列(3)和发光二极管阵列控制模块(4)通过另一电缆连接在一起；
三结砷化镓太阳电池模组(2)、发光二极管阵列(3)分别设置在纳卫星外表面、主航天器外表面；
纳卫星搭载于主航天器；
三结砷化镓太阳电池模组(2)的包络边缘与主航天器上发光二极管阵列(3)的包络边缘重合且两个包络边缘之间的最大间距不大于1cm。
2.根据权利要求1所述的基于光电感应的非接触式纳卫星搭载供电系统，其特征在于，所述三结砷化镓太阳电池模组(2)，主要由转换效率不小于28％的三结砷化镓太阳电池和柔性印刷电路基板连接组成；三结砷化镓太阳电池使用胶合剂粘结在柔性印刷电路基板上，每块三结砷化镓太阳电池的正、负极端直接焊接在柔性印刷电路基板的焊点上；所述三结砷化镓太阳电池模组(2)采用胶合剂粘结在纳卫星外表面。
3.根据权利要求1所述的基于光电感应的非接触式纳卫星搭载供电系统，其特征在于，所述发光二极管阵列(3)，主要由单个发光功率不小于1W的发光二极管组成的阵列和柔性印刷电路连接组成，每个发光二极管采用表面安装技术直接焊接在柔性印刷电路的焊点上；所述发光二极管阵列(3)采用胶合剂粘结在主航天器外表面。
4.根据权利要求1所述的基于光电感应的非接触式纳卫星搭载供电系统，其特征在于，当主航天器上的发光二极管阵列控制模块(4)控制发光二极管阵列(3)发光时，纳卫星上的三结砷化镓太阳电池模组(2)接收光能，并通过光电转换效应转换为电能，经纳卫星上的电源管理模块(1)向纳卫星上的各电子设备供电。
5.根据权利要求1所述的基于光电感应的非接触式纳卫星搭载供电系统，其特征在于，所述发光二极管阵列控制模块(4)用于控制发光二极管阵列(3)的发光范围和发光强度。
6.一种基于光电感应的非接触式纳卫星搭载供电方法，其特征在于，包括如下步骤：
纳卫星搭载在主航天器上；
将纳卫星上的三结砷化镓太阳电池模组(2)的包络边缘与主航天器上的发光二极管阵列(3)的包络边缘重合且两个包络边缘之间的最大间距不大于1cm；
当主航天器上的发光二极管阵列控制模块(4)控制发光二极管阵列(3)发光时，纳卫星上的三结砷化镓太阳电池模组(2)接收光能，并通过光电转换效应转换为电能，经纳卫星上的电源管理模块(1)向纳卫星上的各电子设备供电。
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