在轨刚性基板太阳电池阵热分析

摘要

本文研究航天器在轨电源系统刚性基板太阳电池阵展开状态的热特点。在分析国内外已有的太阳电池阵工作温度计算方法基础上，根据低轨道飞船工作的热特点，应用能量守恒原理，导出展开状态太阳电池阵三维不稳定导热微分方程式，在分析中充分考虑了飞船舱体热辐射、地球对太阳光反照等因素的影响，采用有限差分方法，将太阳电池阵划分许多个（5000多个）网格，对方程离散化，建立离散形式的温度代数方程式，求解得到在轨展开状太阳电池阵的温度分布，分析了各种因素对太阳电池阵温度分布的影响，最后用“神舟”飞船飞行试验太阳电池阵温度遥测数据对计算结果做了比对和验证，证明了计算模型的正确性。神舟飞船运行在300~400km的轨道上，是目前我国运行轨道最低的航天器，用神舟飞船太阳电池阵实测温度数据验证过的热分析模型和计算方法，可以直接应用于其他低轨道航天器，诸如，空间实验室、空间站等刚性基板太阳电池阵的温度分析，为此类航天器刚性基板太阳电池阵发电系统的设计提供参考依据。同时，我们还认为，在对太阳电池阵分析理论和计算方法进一步丰富和完善后，主要是对轨道高度的影响充分了解后，也可以将本计算模型拓展用于其它高轨道上的航天器太阳电池阵热分析。