本書系統(tǒng)介紹了國內外航天器電源技術的最新進展，重點梳理了國內外通信、導航、遙感、載人航天、深空探測領域典型航天器平臺電源系統(tǒng)設計案例，系統(tǒng)介紹了各領域航天器電源系統(tǒng)的拓撲結構和關鍵技術，使讀者能夠全面理解航天器電源系統(tǒng)。系統(tǒng)梳理了我國航天器工程項目中電源系統(tǒng)可靠性與安全性設計、風險分析與控制、測試與試驗、在軌管理等方面的經驗、流程及設計方法，使讀者能夠了解航天工程一線的知識沉淀，對讀者的學習、工作產生啟發(fā)。最后通過梳理未來航天器發(fā)展對航天器電源技術的需求，介紹了高壓大功率電源、空間核電源、無線能量傳輸、能源互聯(lián)網等新型電源系統(tǒng)與技術，指出了未來航天器電源系統(tǒng)發(fā)展趨勢。
本書立足于航天器電源系統(tǒng)總體設計，強調航天器電源系統(tǒng)性技術和工程應用經驗凝練和總結�？勺鳛楦叩仍盒Ｓ詈较嚓P專業(yè)學生的教學參考書，也可供從事宇航工程、航天器總體設計及有關專業(yè)的科技人員參考。
1.展現了我國空間科學技術的眾多原創(chuàng)性科研成果。
2.反映“互聯(lián)網+”與航天技術的融合發(fā)展。
3.體現我國空間探索和空間應用的科技創(chuàng)新能力。
4.叢書由葉培建院士領銜，孫家棟、閔桂榮、王希季三位院士聯(lián)袂推薦。
5.力圖為研究和設計的人員提供新的設計思路和方法。
陳琦，博士，研究員，現任中國空間技術研究院總體部副部長，中國宇航學會空間能源專業(yè)委員會委員。研究方向為航天器電源系統(tǒng)設計、空間能源技術發(fā)展規(guī)劃。作為主任設計師主持完成以“海洋二號”、資源系列為代表的10余顆衛(wèi)星電源分系統(tǒng)研制。作為項目負責人主持完成多項民用航天和裝備預研項目。2014年獲中國航天基金獎，2015年獲國防科學技術進步一等獎、中國航天科技集團科學技術進步一等獎。曾出版譯著《航天器電源系統(tǒng)》1部，在國內外學術期刊發(fā)表論文30余篇，授權國家發(fā)明專利10余項。
劉治鋼，博士，高級工程師，現任職于中國空間技術研究院總體部。主要從事航天器供配電系統(tǒng)設計、大功率航天器能源管理、近場無線傳能技術等工作。曾先后參加“嫦娥五號”飛行試驗器、火星探測器供配電分系統(tǒng)研制。主持多項國防科技創(chuàng)新特區(qū)、裝備預研共用技術和航天領域預研專用技術項目。在國內外學術期刊發(fā)表論文20余篇，授權國家發(fā)明專利10余項、軟件著作權5項。
張曉峰，碩士，高級工程師，現任職于中國空間技術研究院總體部。主要從事航天器電源系統(tǒng)總體設計、空間分布式能源控制與互聯(lián)等工作。曾先后參加“北斗二號”、“北斗三號”、空間基礎設施等型號電源分系統(tǒng)研制工作。主持1項國防基礎科研重點項目，參與多項民用航天、裝備預研項目。2013年獲軍隊科技進步二等獎，在國內外學術期刊發(fā)表論文20余篇，授權國家發(fā)明專利5項、軟件著作權3項。
付林春，碩士，高級工程師，現任職于中國空間技術研究院總體部。主要從事航天器電源系統(tǒng)設計、空間能源技術發(fā)展規(guī)劃等工作。作為主任設計師主持完成“北斗二號”供配電分系統(tǒng)研制，作為項目負責人主持完成多項民用航天和總裝可靠性研究項目。2015年獲國防科學技術進步三等獎。在國內外學術期刊發(fā)表論文10余篇，授權國家發(fā)明專利10余項。
第 一篇 航天器電源系統(tǒng)設計
第 1 章 緒論 003
1.1 定義和功能 004
1.2 電源系統(tǒng)的分類和組成 006
1.2.1 分類 006
1.2.2 組成 007
1.3 一次電源系統(tǒng) 008
1.3.1 發(fā)電技術 008
1.3.2 儲能技術 016
1.3.3 電源控制技術 023
1.4 總體電路系統(tǒng) 025
1.4.1 配電體制 025
1.4.2 總體電路的任務及組成 026
1.4.3 過流保護技術 026
1.5 航天器電源系統(tǒng)研制流程 029
1.5.1 研制階段 029
1.5.2 研制流程 032
1.6 電源系統(tǒng)評價 035
1.7 我國航天器電源發(fā)展 037
1.7.1 航天器電源技術發(fā)展 037
1.7.2 航天器配電和總體電路技術發(fā)展 040
第 2 章 一次電源系統(tǒng)設計 043
2.1 設計依據與約束 044
2.1.1 空間環(huán)境及影響 046
2.1.2 飛行任務 052
2.1.3 航天器電源系統(tǒng)設計相互制約的因素 053
2.1.4 飛行程序 054
2.1.5 光照條件 054
2.1.6 載荷配置與負載特性 059
2.2 電源系統(tǒng)的拓撲結構 061
2.2.1 母線電壓 061
2.2.2 母線體制 062
2.2.3 太陽電池陣功率調節(jié) 064
2.2.4 能量傳輸方式 069
2.2.5 母線電壓調節(jié)方式 070
2.2.6 太陽電池陣布裝 074
2.3 電源系統(tǒng)設計與計算 078
2.3.1 太陽電池陣 078
2.3.2 蓄電池組 083
2.3.3 電源控制裝置 089
2.3.4 能量平衡分析 092
第3 章 總體電路系統(tǒng)設計 101
3.1 概述 102
3.2 工作環(huán)境及約束 103
3.2.1 電磁環(huán)境 103
3.2.2 力學環(huán)境 104
3.2.3 熱環(huán)境 105
3.2.4 空間環(huán)境 105
3.2.5 其他環(huán)境 105
3.3 系統(tǒng)設計 107
3.3.1 負載供電優(yōu)先級設計 109
3.3.2 配電母線體制設計 109
3.3.3 配電母線控制設計 110
3.3.4 母線保護設計 114
3.4 接地與搭接設計 119
3.4.1 接地系統(tǒng)設計 119
3.4.2 航天器接地與搭接設計 120
3.4.3 航天器接地與搭接設計示例 121
3.5 總體電路接口設計 124
3.5.1 概述 124
3.5.2 星(器) 箭接口設計 124
3.5.3 星(器) 地接口設計 125
3.5.4 其他關鍵接口設計 126
3.6 總體電路設計 127
3.6.1 配電管理器 127
3.6.2 火工品管理器 131
3.6.3 電纜網 133
第二篇 航天器電源系統(tǒng)可靠性設計與測試
第4 章 電源系統(tǒng)可靠性與安全性設計 147
4.1 設計概述 148
4.2 可靠性定量指標的預計與分配 152
4.2.1 可靠性模型建立 152
4.2.2 可靠性預計 153
4.2.3 可靠性分配 154
4.3 熱設計和抗力學環(huán)境設計 155
4.3.1 熱設計 155
4.3.2 抗力學環(huán)境設計 157
4.4 降額和冗余裕度設計 159
4.4.1 降額設計 159
4.4.2 冗余設計 160
4.4.3 裕度設計 161
4.5 電磁兼容和防靜電放電設計 163
4.5.1 電磁兼容設計 163
4.5.2 防靜電放電設計 164
4.6 抗輻射設計 167
4.6.1 太陽電池陣抗輻射設計 168
4.6.2 電子設備抗輻射設計 169
4.7 供電安全設計 171
4.7.1 一般原則 171
4.7.2 蓄電池組安全設計 172
4.7.3 總體電路安全設計 173
4.7.4 綜合測試安全設計 173
第5 章 電源系統(tǒng)技術風險分析與控制 175
5.1 技術風險概述 176
5.1.1 技術風險策劃 177
5.1.2 技術風險識別與評價 179
5.1.3 技術風險應對 179
5.1.4 技術風險監(jiān)控 180
5.2 技術風險分析與控制項目 182
5.2.1 任務分析 182
5.2.2 關鍵特性識別和設計裕度量化分析 184
5.2.3 接口匹配性分析 185
5.2.4 抗單粒子防護和供電安全措施有效性分析 186
5.2.5 故障模式危害性分析 186
5.2.6 故障預案充分性及其驗證情況分析 188
第6 章 電源系統(tǒng)性能、測試與環(huán)境試驗 189
6.1 電源系統(tǒng)性能 190
6.1.1 太陽電池陣 190
6.1.2 蓄電池組 191
6.1.3 電源控制裝置 192
6.1.4 配電器 194
6.1.5 一次母線 194
6.2 電源系統(tǒng)測試技術 196
6.2.1 測試設備 196
6.2.2 單機設備測試 197
6.2.3 系統(tǒng)測試 209
6.3 電源系統(tǒng)環(huán)境試驗 216
6.3.1 電源控制器、配電器的熱試驗 217
6.3.2 太陽電池陣的靜電放電試驗 220
6.3.3 蓄電池的安全試驗 225
第7 章 電源系統(tǒng)在軌運行與管理 229
7.1 在軌運行 230
7.1.1 飛控和在軌測試 230
7.1.2 遙控指令管理 231
7.1.3 遙測參數分析 231
7.1.4 常規(guī)操作 232
7.2 蓄電池組在軌管理 233
7.2.1 鎘鎳蓄電池組在軌管理 233
7.2.2 氫鎳蓄電池組在軌管理 237
7.2.3 鋰離子蓄電池組在軌管理 243
7.3 電源系統(tǒng)關鍵特性變化趨勢分析 249
7.3.1 太陽電池陣輸出功率變化趨勢 249
7.3.2 蓄電池組性能變化趨勢 254
第8 章 電源系統(tǒng)自主管理 258
8.1 電源系統(tǒng)故障概述 259
8.2 電源系統(tǒng)故障模式 263
8.2.1 太陽電池陣故障 263
8.2.2 蓄電池組故障 265
8.2.3 電源控制裝置故障 267
8.2.4 配電開關與電纜 269
8.3 電源系統(tǒng)故障診斷 271
8.3.1 故障診斷技術 271
8.3.2 特征模型建�；痉椒ā�272
8.4 自主管理系統(tǒng)設計 274
8.4.1 自主管理范圍與定義 274
8.4.2 自主管理總體設計 276
8.4.3 三種控制回路的應用 281
8.4.4 能源動態(tài)調度管理技術 283
8.5 發(fā)展趨勢 288
第三篇 航天器電源系統(tǒng)設計示例
第9 章 通信衛(wèi)星電源系統(tǒng)設計示例 291
9.1 通信衛(wèi)星電源系統(tǒng)特點 292
9.2 國外通信衛(wèi)星電源系統(tǒng) 293
9.2.1 阿耳忒彌斯衛(wèi)星 293
9.2.2 歐洲通信衛(wèi)星公司W3A 衛(wèi)星 297
9.2.3 阿爾法衛(wèi)星 300
9.3 通信衛(wèi)星電源系統(tǒng)設計舉例 304
9.3.1 設計條件 304
9.3.2 系統(tǒng)設計 305
9.3.3 太陽電池陣設計 305
9.3.4 蓄電池組設計 307
9.3.5 電源控制設備設計 307
第 10 章 導航衛(wèi)星電源系統(tǒng)設計示例 309
10.1 導航衛(wèi)星電源系統(tǒng)特點 310
10.2 國外導航衛(wèi)星電源系統(tǒng) 312
10.2.1 GPSⅢ試驗衛(wèi)星 312
10.2.2 “伽利略A/B” 試驗衛(wèi)星 313
10.3 MEO 軌道導航衛(wèi)星電源系統(tǒng)設計舉例 318
10.3.1 設計條件 318
10.3.2 系統(tǒng)設計 319
10.3.3 太陽電池陣設計 320
10.3.4 蓄電池組設計 322
10.3.5 電源控制設備設計 323
第 11 章 遙感衛(wèi)星電源系統(tǒng)設計示例 327
11.1 遙感衛(wèi)星電源系統(tǒng)特點 328
11.2 國外遙感衛(wèi)星電源系統(tǒng) 330
11.2.1 地中海盆地觀測小衛(wèi)星CosmoＧSkymed 330
11.2.2 法國遙感衛(wèi)星Pleiades衛(wèi)星 332
11.3 遙感衛(wèi)星電源系統(tǒng)設計舉例 336
11.4 設計條件 337
11.4.1 系統(tǒng)設計 337
11.4.2 太陽電池陣設計 338
11.4.3 蓄電池組設計 340
11.4.4 電源控制設備設計 342
第 12 章 載人航天器電源系統(tǒng)設計示例 345
12.1 載人航天器電源系統(tǒng)特點 346
12.2 國外載人航天器電源系統(tǒng) 348
12.2.1 國際空間站 348
12.2.2 “阿波羅” 飛船 350
12.3 載人航天器電源系統(tǒng)設計舉例 353
12.3.1 設計條件 353
12.3.2 系統(tǒng)設計 354
12.3.3 太陽電池陣設計 356
12.3.4 蓄電池組及充電管理 356
12.3.5 電源控制與管理 356
12.3.6 配電系統(tǒng)設計 357
12.3.7 組合體并網供電方案 358
第 13 章 深空探測器電源系統(tǒng)設計示例 359
13.1 深空探測器電源系統(tǒng)特點 360
13.1.1 地內天體探測 361
13.1.2 地外天體探測 363
13.2 國外深空探測器電源系統(tǒng) 367
13.2.1 ESA “火星快車” 367
13.2.2 NASA “好奇號” 369
13.2.3 NASA “黎明號” 小行星探測器 372
13.3 “ 嫦娥三號” 探測器電源系統(tǒng)設計舉例 377
13.3.1 設計要求 377
13.3.2 系統(tǒng)設計 378
13.3.3 著陸器太陽電池陣設計 380
13.3.4 著陸器蓄電池組設計 383
13.3.5 著陸器電源控制設計 384
13.3.6 休眠喚醒設計 385
13.3.7 多器間能源復用設計技術 385
第四篇 空間電源發(fā)展趨勢及新型電源系統(tǒng)
第 14 章 空間任務需求及電源發(fā)展趨勢 391
14.1 概述 392
14.2 未來空間任務需求 393
14.2.1 遙感領域需求 393
14.2.2 導航與通信領域需求 393
14.2.3 深空探測領域需求 394
14.2.4 載人航天領域需求 394
14.2.5 微小衛(wèi)星領域需求 395
14.3 空間電源發(fā)展趨勢 396
14.3.1 高壓大功率 396
14.3.2 多負載特性匹配能力 397
14.3.3 智能自主管理 397
14.3.4 復雜任務及環(huán)境適應能力 398
14.3.5 小型化、模塊化、集約化 398
14.3.6 可擴展、可維護 399
第 15 章 空間新型電源系統(tǒng)與技術 400
15.1 高壓大功率電源系統(tǒng) 401
15.1.1 概述 401
15.1.2 研究與應用現狀 402
15.1.3 關鍵技術 404
15.2 無線能量傳輸技術 409
15.2.1 概述 409
15.2.2 基本原理 411
15.2.3 研究現狀及關鍵技術 416
15.2.4 航天應用前景 422
15.3 空間核電源 424
15.3.1 概述 424
15.3.2 研究與應用現狀 426
15.3.3 關鍵技術 429
15.4 空間太陽能電站 433
15.4.1 概述 433
15.4.2 空間太陽能電站電源系統(tǒng)研究情況 434
15.4.3 空間太陽能電站關鍵技術 437
15.4.4 空間太陽能電站電能管理需求及發(fā)展路線 438
15.5 微納衛(wèi)星電源系統(tǒng) 441
15.5.1 概述 441
15.5.2 關鍵技術 443
15.5.3 應用及發(fā)展趨勢 447
15.6 空間能源互聯(lián)系統(tǒng) 452
15.6.1 概述 452
15.6.2 能源互聯(lián)研究現狀及空間發(fā)展目標 453
15.6.3 空間能源互聯(lián)關鍵技術 455
15.6.4 空間能源互聯(lián)構想 457
參考文獻 461
縮略語 468
索引 472
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