[发明专利]航天用太阳电池阵二次电弧地面模拟试验装置及试验方法

说明书

技术领域

本发明属于航天器空间环境效应的地面试验领域，具体涉及航天用太阳电池阵二次电弧地面模拟试验装置及使用该装置进行的模拟试验方法。

背景技术

卫星太阳电池阵在空间等离子体中会发生静电放电效应，并可能会引起二次电弧，进而使工作的太阳电池阵短路失效。对于其二次电弧的情况，需要进行地面的模拟来验证其在轨可能产生的风险。对于太阳电池阵二次电弧的地面模拟方法，主要包括产生静电放电和模拟二次电弧两个部分。通过在地面的模拟环境产生静电放电，并利用产生的静电放电模拟二次电弧效应，是该试验的主要流程。目前该试验主要采取以下几种方式模拟静电放电：

1)采用低能电子束辐照太阳电池阵表面，太阳电池阵通过补偿电容接地。通过电子束充电使其表面产生负电位，从而引发静电放电；

2)采用低能电子束辐照太阳电池阵表面，太阳电池阵通过负偏压接地，并联补偿电容，通过电子束充电使其表面产生正电位，从而引发静电放电；

3)采用等离子体浸没太阳电池阵表面，太阳电池阵通过负偏压接地，并联补偿电容，通过等离子体充电使其表面产生正电位，从而引发静电放电；

对于二次电弧模拟中，主要有以下几种：

1)在电池串一端串联一个恒流源，另一端串联一个负载，恒流源的工作电流设置为电池串的工作电流，调节负载改变电池串间电压；

2)在电池串一端串联一个恒压源，另一端开路，恒压源的短路电流设置为电池串工作电流，调节恒压源改变电池串间电压。

对于静电放电的引发方法，目前几种有限的方法限制了实际地面的试验条件，同时对于静电放电效应不能很好的模拟实际空间中发生的情况，而只是对实际空间经历环境的初步模拟，对于二次电弧模拟部分，现有两种方法也不够全面，对于实际工作情况的模拟也不到位。

因此，为了确保太阳电池阵二次电弧地面模拟试验的有效和准确，必须提出更为全面、准确的试验装置及试验方法，满足卫星太阳电池阵二次电弧地面评价的需求，同时解决上述工程问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种航天用太阳电池阵二次电弧地面模拟试验装置，为卫星太阳电池阵的地面放电效应模拟试验评价提供更全面、完善的试验条件。

此外，本发明的另一目的在于提供一种航天用太阳电池阵二次电弧地面模拟试验方法，相比已有的试验方法更准确，有效。

一种航天用太阳电池阵二次电弧地面模拟试验装置，包括真空容器、模拟静电放电源、与设置在真空容器内的太阳电池阵电连接的二次电弧工作电路、与太阳电池阵电连接的负载模拟电路以及静电放电模拟电路，其中，二次电弧工作电路输出端分别与串间补偿电容C1，C2连接，C1、C2电容值均为实际太阳电池阵串间补偿电容的一半，C1与C2串联，两电容连接点与静电放电模拟电路间通过夹层补偿电容C3连接，C3电容值为实际太阳电池阵的夹层补偿电容；二次电弧输出端与电池阵试样通过二极管连接，确保其电流方向，电池阵试样的另一端与负载模拟电路连接，使二次电弧工作电路、负载模拟电路与电池阵试样构成回路，而静电放电模拟电路通过与电池阵试样其中一个输出端连接，模拟静电放电源通过在真空容器内对太阳电池阵试样施加。

其中，模拟静电放电源包括：等离子体源、电子枪、放电电极、激光束和高速飞片撞击放电源。

其中，二次电弧工作电路通过模拟太阳电池阵的在轨工作状态，来检验静电放电能否触发二次电弧。

进一步地，太阳电池阵的模拟方式包括：1)通过太阳模拟器对大尺寸太阳电池阵进行照射来发电，将太阳电池阵的输出接入受试验电池串；2)通过太阳电池阵模拟器输出模拟电池阵工作的电流接入受试验电池串；3)通过在直流横流电源输出端串接恒流二极管，并输出模拟电池阵工作的电流，接入受试电池串。

其中，静电放电模拟电路由补偿集总电路构成，还可增加直流恒压电源做为偏置电源，用于模拟静电放电的能量及电压。

其中，负载模拟电路包括使用直流恒压电源和大容量电容两种方式。

一种航天用太阳电池阵二次电弧地面模拟试验方法，包括以下步骤：

将太阳电池阵试样放入真空容器，并按模拟试验装置的连接方式接好；

开启二次电弧工作电路及负载模拟电路中必要的电源，并调节二次电弧工作电路及负载模拟电路，使太阳电池阵试样的电池串上产生试验用的恒定电流及电压。

开启静电放电模拟电路中必要的电源，开启模拟静电放电源中必要的仪器，对太阳电池阵试样施加静电放电。