太陽電池陣展開鎖定沖擊載荷研究.pdf

1、上海交通大學工程碩士學位論文第一章緒論1第一章緒論1.1課題的目的與意義目前，國內(nèi)衛(wèi)星廣泛采用展開式太陽電池陣配置驅(qū)動機構(gòu)的設計，如圖1所示。圖1展開式太陽電池陣Fig.1Deployablesolarcellarray展開式太陽電池陣采用技術(shù)成熟的剛性展開式太陽電池陣，由剛性基板、壓緊釋放機構(gòu)、展開鎖定機構(gòu)等組成，而展開鎖定機構(gòu)又以扭力彈簧式鉸鏈與繩索聯(lián)動系統(tǒng)應用最為廣泛。衛(wèi)星臨射前必需先把太陽電池陣收攏并壓緊在衛(wèi)星本體上，待整流罩拋

2、罩或星箭分離后，在軌道飛行段，太陽電池陣依靠鉸鏈內(nèi)的扭力彈簧本身貯存的彈性能展開到所需的位置[1]。為了滿足合理的展開力矩裕度要求，太陽電池陣展開驅(qū)動力矩必須大于阻力矩，以使太陽電池陣在展開過程中獲得一定的富裕動能，太陽電池陣在空間展開到位后需要鎖定在規(guī)定位置上，該動能在鎖定時（理論上展開速度瞬變?yōu)榱銜r）轉(zhuǎn)化為應變能。而太陽電池陣的鎖定是由鉸鏈中的鎖定桿嵌入鎖定槽中實現(xiàn)的，如圖2。在鎖SolarCellArraySADA上海交通大學工程

3、碩士學位論文第一章緒論3電池陣具有功率大、壽命長、質(zhì)量小、構(gòu)造簡單、可靠等優(yōu)點，適用于作為長壽命衛(wèi)星飛行器的主電源。目前在航天領域已得到最廣泛的應用。太陽電池、電路依靠太陽電池陣結(jié)構(gòu)的依托和組合，裝載于衛(wèi)星，并一起發(fā)射到空間軌道。另外，大多數(shù)太陽電池陣還需要依靠太陽電池陣機構(gòu)來達到在軌飛行所需的工作狀態(tài)和位置。因此，太陽電池陣結(jié)構(gòu)和機構(gòu)是太陽電池陣中極為重要的組成部分[2]。太陽電池陣的構(gòu)造形式是隨著衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展的。早期衛(wèi)星

4、由于功率小，衛(wèi)星壽命短，僅采用星載蓄電池就可滿足。隨著衛(wèi)星用途和壽命要求增大，衛(wèi)星功率的增加，開始使用太陽電池。隨著衛(wèi)星功率需求不斷增長，太陽電池的數(shù)目和太陽電池陣的面積不斷增長。為了在衛(wèi)星上形成所需面積的太陽電池陣，太陽電池陣的構(gòu)造也從簡單到復雜，不斷地發(fā)生變化。目前，已經(jīng)產(chǎn)生了種類繁多、形式各異、千姿百態(tài)的多種太陽電池陣構(gòu)造形式。早期衛(wèi)星一般采用的體裝式太陽電池陣設計，即直接在衛(wèi)星本體表面鋪設太陽電池片，早就已經(jīng)無法滿足長壽命、大功

5、率衛(wèi)星的需求。為滿足衛(wèi)星大功率的需求，必須有大面積的太陽電池陣單獨伸出在衛(wèi)星本體之外，接受陽光的照射，通過光電轉(zhuǎn)換滿足衛(wèi)星供電的需求。但由于受到衛(wèi)星與運載火箭整流罩之間所包絡空間的限制，衛(wèi)星臨射前必須先把太陽電池陣收攏并壓緊在衛(wèi)星本體上，待整流罩拋罩或星箭分離后，在軌道飛行段再把太陽電池陣展開到所需的位置。這類太陽電池陣稱為展開式太陽電池陣[3]。為提高太陽電池的利用效率，一般都需太陽電池陣對太陽定向跟蹤，使基板上的太陽電池面始終正對太

6、陽。但由于衛(wèi)星本體是按一定軌道和姿態(tài)在空間運行，太陽電池陣相對太陽光位置不斷變化，因而要求已展開的太陽電池陣可繞著衛(wèi)星作相對轉(zhuǎn)動，使太陽電池獲得盡可能大的利用率，由此需在太陽電池陣與衛(wèi)星之間，增加一個可轉(zhuǎn)動的驅(qū)動機構(gòu)。太陽電池驅(qū)動機構(gòu)的功能一方面驅(qū)動太陽電池陣轉(zhuǎn)動，另一方面把太陽電池陣上太陽電池產(chǎn)生的電功率輸送到衛(wèi)星本體，所以也稱為太陽電池陣驅(qū)動裝置(SADA)或軸承與功率輸送裝置(BAPTA)，主要包括步進電機及其齒輪變速驅(qū)動裝置、傳