一种深空探测领域中探测器用休眠控制系统和控制方法

摘要

一种深空探测领域中探测器用休眠控制系统和控制方法，该休眠控制系统电路连接探测器的主电路和母线，包含电路连接的休眠供电通路、休眠控制电路、休眠自关断控制电路、休眠时母线电压测量电路、唤醒控制电路、唤醒使能开关、唤醒负载开关、二次电源开关和唤醒负载。本发明在临近长时间阴影期时，使探测器调整好姿态，通过休眠控制系统和控制方法，使探测器断开所有用电设备，进入休眠状态，探测器所有设备均不消耗电能，保证了探测器安全渡过长期阴影期的能源困境。

说明书

技术领域

本发明涉及深空探测领域中的航天电源控制技术，具体涉及一种深空探测领域中探测器用休眠控制系统和控制方法。

背景技术

深空探测是当今世界科技发展的前沿领域，具有很强的基础性、前瞻性、创新性和带动性。人类的航天活动一般可分为地球应用卫星、载人航天和深空探测三大领域，开展深空探测活动，是航天技术发展的必然选择，也是人类进一步了解宇宙、认识太阳系、探索地球与生命的起源和演化、获取更多科学认识的必须手段。深空探测主要有两方面内容，一是太阳系行星探测（近太阳以及远离太阳），二是天文观察。探测器电源系统绝大部分采用太阳电池阵-蓄电池组电源系统，探测器电源系统的主要任务是提供探测器上负载的全部电源。在光照期，太阳电池阵除提供探测器上设备所需全部能源外，并给化学蓄电池组充电。在阴影期，太阳电池阵不供电，由化学蓄电池组提供探测器上设备所需全部电源。一般化学蓄电池组只能提供几个小时的能源，最长也只能维持几天的能源，而深空探测工程中阴影期较长，如探月工程月夜有14天，其它探测器阴影期会长达数月，因此深空探测长时间阴影期仅靠探测器蓄电池组不足以维持探测器平台最小功率需求，探测器在长时间阴影期期间必须安全可靠的关闭所有设备，进入休眠，光照来临后，逐步将平台负载可靠安全的加电。

发明内容

本发明提供的一种深空探测领域中探测器用休眠控制系统和控制方法，在临近长时间阴影期时，使探测器调整好姿态，通过休眠控制系统和控制方法，使探测器断开所有用电设备，进入休眠状态，探测器所有设备均不消耗电能，保证了探测器安全渡过长期阴影期的能源困境。

为了达到上述目的，本发明提供一种深空探测领域中探测器用休眠控制系统，该探测器的主电路包含分别与母线电路连接的太阳阵、分流模块、放电模块、蓄电池组、电容阵和二次电源，该主电路还包含一次母线开关和蓄电池组放电开关；

该休眠控制系统电路连接探测器的主电路和母线，该休眠控制系统包含电路连接的休眠供电通路、休眠控制电路、休眠自关断控制电路、休眠时母线电压测量电路、唤醒控制电路、唤醒使能开关、二次电源开关、唤醒负载开关和唤醒负载。

所述的休眠供电通路电路连接所述的蓄电池组和母线，该休眠供电通路包含串联的休眠供电开关和隔离二极管。

所述的休眠控制电路包含电路连接的第一晶体管、第二晶体管、第一继电器线圈、第二二极管和第三二极管，还包含电阻；

所述的休眠控制电路控制一次母线开关、蓄电池组放电开关、二次电源开关、唤醒使能开关和唤醒负载开关的关断。

所述的休眠控制电路产生100ms的控制指令。

所述的休眠自关断控制电路电路连接所述的休眠供电通路；所述的休眠自关断控制电路包含电路连接的第三晶体管、第二继电器线圈、第四二极管和第五二极管，还包含电阻以及电容；

所述的休眠自关断控制电路产生自关断控制指令，断开休眠供电通路的休眠供电开关。

休眠控制系统断电后，自关断控制指令仍保持20ms。

所述的休眠时母线电压测量电路与母线正、负相连，检测休眠过程中的母线电压，作为休眠判断依据。

本发明还提供一种深空探测领域中探测器用休眠控制系统的休眠控制方法，该方法包含以下步骤：

步骤1、探测器控制系统调整探测器姿态，闭合休眠供电开关，接通休眠供电通路，为休眠控制系统单独从蓄电池组引出工作电源；

步骤2、探测器控制系统逐步关闭探测器载荷，使探测器工作在最小负载模式；

步骤3、休眠控制电路判断休眠供电开关闭合后，发指令断开一次电源母线开关，探测器由蓄电池组通过休眠供电通路供电；

步骤4、休眠控制电路判断一次电源母线开关断开后，发指令断开断蓄电池组放电开关；

步骤5、休眠控制电路判断蓄电池组放电开关断开后，发指令断开二次电源开关，同时闭合唤醒负载开关，使唤醒负载被接入母线；

步骤6、休眠控制电路判断二次电源开关断开、并且休眠时母线电压测量电路测量到休眠时母线电压低于设定值后，休眠控制电路发指令闭合唤醒使能开关，为探测器唤醒设置做准备；

步骤7、休眠自关断控制电路判断唤醒使能开关闭合后，产生自关断信号，断开休眠供电开关；

步骤8、地面判断探测器是否仍有遥测，若有，地面再发指令断开休眠供电开关；若无，说明休眠供电开关断开，探测器进入休眠，探测器所有设备均不消耗电能。

所述的休眠控制电路产生100ms的控制指令。

休眠控制系统断电后，自关断控制指令仍保持20ms。

休眠技术在深空探测领域的应用属于首次，本发明提出的休眠控制系统的构建易于工程实现，在深空探测领域，为采用太阳电池阵—蓄电池组供电的探测器提供了一种有效休眠控制方法。本发明探测器在长时间阴影期内具有了休眠功能，提高了探测器的可靠性和工作寿命。其优点和有益效果是：

1、本发明的休眠控制系统和控制方法保证了探测器安全渡过长时间阴影期，防止了蓄电池组由于长期放电造成过放电而损坏，有效提高探测器的可靠性和工作寿命；

2、本发明的休眠控制系统中休眠供电通路的设置，为休眠控制系统从蓄电池组单独提供一条供电通路，保证探测器的其余设备断电后休眠控制系统仍然可以由蓄电池组提供电源，确保在休眠控制设置过程中休眠控制系统可靠工作，提高了休眠设置的可靠性；

3、本发明中休眠自关断控制电路产生自关断控制指令，断开休眠供电开关，休眠供电开关断开后，自关断控制电路工作电源即消失，为了保证可靠断电，要求休眠控制系统断电后自关断控制指令仍需要保持20ms，保证探测器可靠休眠。

4、本发明的休眠控制系统和控制方法通过设置休眠供电通路为休眠控制系统提供可靠的工作电源，通过休眠控制器电路产生休眠指令，为确保探测器的供电安全，通过探测器合理的断电顺序，逐步断开探测器上各负载，并断开一次母线开关、蓄电池组放电开关以及二次电源开关，并通过休眠自关断控制电路产生自关断控制指令，断开休眠供电开关，实现探测安全可靠的休眠。

附图说明

图1是本发明的休眠控制系统和探测器主电路在正常工作状态下的电路图；

图2是本发明的休眠控制系统和探测器主电路在休眠状态下的电路图；

图3是本发明的休眠控制电路的电路图；

图4是本发明的休眠自关断控制电路的电路图。

具体实施方式

以下根据图1～图4，具体说明本发明的较佳实施例。

如图1和图2所示，探测器的主电路包含分别与母线电路连接的太阳阵11、分流模块22、放电模块33、蓄电池组44、电容阵55和二次电源66，该主电路还包含一次母线开关K0和蓄电池组放电开关K1；

如图1和图2所示，本发明提供一种深空探测领域中探测器用休眠控制系统，该休眠控制系统1电路连接探测器的主电路和母线，该休眠控制系统包含电路连接的休眠供电通路101、休眠控制电路102、休眠自关断控制电路103、休眠时母线电压测量电路104、唤醒控制电路105、唤醒使能开关KW、二次电源开关K2-1、唤醒负载开关K2-2和唤醒负载R0；

所述的休眠供电通路101电路连接所述的蓄电池组44和母线，该休眠供电通路101包含串联的休眠供电开关Ka和隔离二极管D1；所述的休眠供电开关Ka设置4个；

所述的休眠控制电路102控制一次母线开关K0、蓄电池组放电开关K1、二次电源开关K2-1（设置4个）、唤醒使能开关KW和唤醒负载开关K2-2（设置4个）的关断；

如图3所示，所述的休眠控制电路102包含电路连接的第一晶体管V1、第二晶体管V2、第一继电器线圈T1、第二二极管D2和第三二极管D3，还包含若干电阻R1～R4；

图中，TC 信号为探测器发出的遥控信号，连接探测器上的遥控电路；5V 连接探测器上产生5 V 电压的DC-DC电路，为探测器上现有电路；指令电源连接探测器上输出指令电源的DC-DC电路，为探测器上现有电路；指令回线为与指令电源相对应的电压回线；

所述的休眠控制电路102产生100ms的控制指令（为探测器上遥控电路产生，控制指令连接到TC端），进行休眠设置时，休眠控制电路102分别断开一次母线开关K0、蓄电池组放电开关K1、二次电源开关K2-1（即断开探测器的供电通路），然后接通唤醒使能开关KW和唤醒负载开关K2-2，为探测器的唤醒做准备；

所述的休眠自关断控制电路103电路连接所述的休眠供电通路101；

如图4所示，所述的休眠自关断控制电路103包含电路连接的第三晶体管V3、第二继电器线圈T2、第四二极管D4和第五二极管D5，还包含若干电阻R6～R8以及电容C1；

图中，TC 信号为探测器发出的遥控信号，连接探测器上的遥控电路；蓄电池组电压连接蓄电池组输出正端；指令回线为与指令电源相对应的电压回线；

所述的休眠自关断控制电路产生自关断控制指令（为探测器上遥控电路产生，控制指令连接到TC端），断开休眠供电通路101的休眠供电开关Ka，休眠供电开关Ka断开后，休眠控制系统1断电，为了保证探测器可靠休眠，要求休眠控制系统1断电后，自关断控制指令仍保持20ms；休眠自关断控制电路执行自关断控制后，探测器的所有设备断电，探测器完全进入休眠状态，所有设备均不消耗电能。

所述的休眠时母线电压测量电路104与母线正、负相连，检测休眠过程中的母线电压，作为休眠判断依据；

所述的唤醒控制电路105用来唤醒探测器；

如图1所示，探测器正常工作时，一次母线开关K0为闭合状态、蓄电池组放电开关K1为闭合状态、二次电源开关K2-1为闭合状态，电容阵55连接在母线的正负之间，用来保持母线电压的稳定，二次电源开关K2-1闭合后，母线为二次电源66提供输入电压，二次电源66产生±12V为分流模块22和放电模块33提供工作电源，光照期，太阳阵11通过分流模块22为母线提供29V±1V的母线电压，阴影期，蓄电池组44通过蓄电池组放电开关K1，再经过放电模块33为母线提供29V±1V的母线电压。临近长时间阴影期时，蓄电池组44的能量不能维持探测器渡过长时间阴影，需要断开探测器上所有用电设备，使探测器进入休眠状态。

本发明还提供一种深空探测领域中探测器用休眠控制系统的休眠控制方法，该方法包含以下步骤：

步骤1、探测器控制系统调整探测器姿态，闭合休眠供电开关Ka，接通休眠供电通路101，为休眠控制系统1单独从蓄电池组44引出工作电源；

步骤2、探测器控制系统逐步关闭探测器载荷，使探测器工作在最小负载模式；

步骤3、休眠控制电路102判断休眠供电开关Ka闭合后，发指令（100ms的休眠控制指令）断开一次电源母线开关K0，探测器由蓄电池组通过休眠供电通路供电；

步骤4、休眠控制电路102判断一次电源母线开关K0断开后，发指令（100ms的休眠控制指令）断开断蓄电池组放电开关K1；

步骤5、休眠控制电路102判断蓄电池组放电开关K1断开后，发指令（100ms的休眠控制指令）断开二次电源开关K2-1，同时闭合唤醒负载开关K2-2，使唤醒负载R0被接入母线；

步骤6、休眠控制电路102判断二次电源开关K2-1断开、并且休眠时母线电压测量电路104测量到休眠时母线电压低于设定值（例如母线电压28V唤醒，设定值取16V）后，休眠控制电路102发指令（100ms的休眠控制指令）闭合唤醒使能开关KW，为探测器唤醒设置做准备；

此时探测器除休眠控制系统1加电外，其余设备都已关闭；

步骤7、休眠自关断控制电路103判断唤醒使能开关KW闭合后，产生自关断信号，断开休眠供电开关Ka；

此自关断信号指令发出将休眠供电开关Ka断开后，自关断信号指令信号还需保持20ms；

步骤8、地面判断探测器是否仍有遥测，若有，地面再发指令断开休眠供电开关Ka；若无，说明休眠供电开关Ka断开，探测器进入休眠，探测器所有设备均不消耗电能。

探测器休眠后的状态如图2所示。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。