一种卫星太阳能帆板主动热控方法

摘要

一种卫星太阳能帆板主动热控方法，属于带大型附件卫星的控制技术领域，为解决现有技术中太阳能帆板无有效主动热控方法，帆板温度较高，导致帆板效率下降的问题。它包括：在太阳能电池片的上表面依次覆盖玻璃层、反射膜和增透膜；根据太阳能帆板与卫星本体内设备散热需求选择太阳能电池片与太阳能帆板的安装方式：当太阳能帆板散热需求小于卫星本体内设备散热需求时，将镀膜后与未镀膜的太阳能电池片间隔安装在太阳能帆板上；当太阳能帆板散热需求大于卫星本体内设备散热需求时，将镀膜后太阳能电池片安装在太阳能帆板上；然后将太阳能帆板与卫星本体隔热安装，在卫星本体发热设备与太阳能帆板连接位置进行导热安装。本发明用于卫星太阳能帆板。

说明书

技术领域

本发明涉及一种卫星太阳能帆板主动热控方法，属于带大型附件卫星的控制技术领域。

背景技术

随着卫星功能集成度的增加，以及对其体积重量要求的提高，对太阳能帆板产生电能的要求和对帆板体积、尺寸的要求越来越严格，需要在有限的尺寸内尽量提高帆板输出功率。太阳能帆板输出功率随温度升高而降低，因此为提高太阳能帆板输出功率，需尽量降低帆板温度。同时，由于帆板吸收太阳辐射，温度较高，降低帆板温度对于带有体装式帆板的卫星星内热控有很大好处。

目前卫星热控方式比较有限，一般采用涂敷热控白漆方式控制星内温度，即通过仿真计算方式计算需要的散热面积，在需要散热的部位涂敷白漆，其他部分包裹聚酰亚胺多层薄膜的方式，使卫星吸收的太阳能和通过辐射方式散发出去的能量平衡，从而达到控制星内温度的目的。由于白漆为不透明材质，因此仅能在卫星本体表面使用，不能在太阳能帆板上使用；对于体装式太阳能帆板，目前通常不采用热控手段，仅通过聚酰亚胺多层薄膜、隔热安装等方式防止帆板热量传递至卫星内部，而对于展开式太阳能帆板，则几乎完全不使用热控手段，完全依靠帆板本身承受太阳辐射带来的温升。

对于太阳能帆板主动热控，专利CN101552300A提出了一种在背板上增加凸起以增大与空气接触面积的方法，通过在太阳能电池背面增加大量凸起增加与空气的接触面积，从而提高散热效果。此种方法在太空环境下无法应用，因太空中无空气，不能通过对流、传导方式向外界散热。

发明内容

本发明目的是为了解决现有技术中太阳能帆板没有有效的主动热控方法，帆板温度较高，导致帆板效率下降，进而导致无法在太空环境下的卫星上使用的问题，提供了一种卫星太阳能帆板主动热控方法。

本发明所述一种卫星太阳能帆板主动热控方法，该主动热控方法包括：

S1、在太阳能电池片的上表面覆盖玻璃层；

S2、在玻璃层表面镀反射膜，将1200nm以上波长的波反射；

S3、在反射膜表面镀增透膜；

S4、根据太阳能帆板与卫星本体内设备散热需求选择太阳能电池片与太阳能帆板的安装方式：当太阳能帆板散热需求小于卫星本体内设备散热需求时执行S5，当太阳能帆板散热需求大于卫星本体内设备散热需求时执行S6；

S5、将镀膜后的太阳能电池片与未镀膜的太阳能电池片间隔安装在太阳能帆板上，然后执行S7；

S6、将镀膜后的太阳能电池片安装在太阳能帆板上，然后执行S8；

S7、将太阳能帆板与卫星本体隔热安装，在卫星本体发热设备与太阳能帆板连接位置采用导热材料进行导热安装；

S8、将太阳能帆板与卫星本体隔热安装。

优选的，S2所述反射膜为红外反射膜。

优选的，S2所述反射膜为透过波长在200nm～1200nm的带通膜。

优选的，S3所述增透膜为透过波长在200nm～1200nm的带通膜。

优选的，S5所述将镀膜后的太阳能电池片与未镀膜的太阳能电池片间隔安装在太阳能帆板上的具体方法包括：

S5-1、通过热仿真，获取卫星本体发热设备对应的太阳能帆板部位；

S5-2、在S5-1获取的部位安装镀膜后的太阳能电池片；

S5-3、将太阳能帆板其余部位安装未镀膜的太阳能电池片。

优选的，

S6所述将镀膜后的太阳能电池片安装在太阳能帆板上的具体方法包括：

S6-1、通过热仿真，获取卫星本体发热设备对应的太阳能帆板部位；

S6-2、在S6-1获取的部位与太阳能帆板之间采用导热材料填充；

S6-3、将太阳能帆板安装在卫星本体上，在太阳能帆板和卫星本体之间除S5-1之外的部位用隔热材料填充。

优选的，所述太阳能电池片包括：单晶硅太阳能电池片、多晶硅太阳能电池片、非晶硅太阳能电池片、碲化镉太阳能电池片、砷化镓太阳能电池片和有机太阳能电池片。

本发明的优点：本发明提出的一种卫星太阳能帆板主动热控方法，通过在太阳能电池片表面镀膜的方法，将太阳光1200nm及以上波长的部分反射，仅允许1200nm以下部分的光线透过，作用于太阳能电池片，解决了红外光导致的热效应问题，降低太阳能帆板对红外线的吸收，能够有效降低太阳能电池片及太阳能帆板的温度。对于卫星太阳能帆板，通过对帆板上的镀膜后的太阳能电池片布置在不同位置，将太阳能帆板的温度控制在合适范围内，减少卫星本体的热控压力，并且可根据需要为卫星本体提供热量，以及作为卫星本体的散热面。

附图说明

图1是本发明所述太阳能电池片的结构示意图；

图2是表面镀有红外反射膜的太阳能电池片的结构示意图；

图3是表面镀有增透膜和红外反射膜的太阳能电池片的结构示意图；

图4是太阳能帆板与卫星本体的安装示意图，其中，1表示太阳能帆板，2表示卫星本体，3表示导热材料，4表示连接装置；

图5是太阳能电池片在太阳能帆板上的安装示意图，其中，A表示镀膜后的太阳能电池片，B表示未镀膜的太阳能电池片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

具体实施方式一：本实施方式所述一种卫星太阳能帆板主动热控方法，该主动热控方法包括：

该主动热控方法包括：

S1、在太阳能电池片的上表面覆盖玻璃层；

S2、在玻璃层表面镀反射膜，将1200nm以上波长的波反射；

S3、在反射膜表面镀增透膜；

S4、根据太阳能帆板与卫星本体内设备散热需求选择太阳能电池片与太阳能帆板的安装方式：当太阳能帆板散热需求小于卫星本体内设备散热需求时执行S5，当太阳能帆板散热需求大于卫星本体内设备散热需求时执行S6；

S5、将镀膜后的太阳能电池片与未镀膜的太阳能电池片间隔安装在太阳能帆板上，然后执行S7；

S6、将镀膜后的太阳能电池片安装在太阳能帆板上，然后执行S8；

S7、将太阳能帆板与卫星本体隔热安装，在卫星本体发热设备与太阳能帆板连接位置采用导热材料进行导热安装；

S8、将太阳能帆板与卫星本体隔热安装。

本实施方式中，卫星太阳能帆板使用的太阳能电池片核心部分是由三组6层GaInNAs半导体层构成，光线从上部AlGaAs层射入，在三层GaInNAs层中激发半导体内电子移动，通过顶层Zn/Au和底层Ni/Ge/Au导电层连接至外部电路。太阳能电池片对入射光的波长无选择性，波长大于激发波长的光线(红外光)会在电池片中产生热效应，导致电池片发热，波长处于激发波长范围内的光线能够产生电能，波长小于激发波长的光线(紫外光)不能产生电能，同时因能量较高，会对电池片产生一定损害。为保护顶层导电层，如图1所示，在太阳能电池片的上表面覆盖玻璃层，能够保护顶层的导电层，但是玻璃层对导致电池片发热的红外光无减少作用。

本实施方式中，由于太阳能电池片表面存在玻璃保护层，在真空和玻璃表面由于折射率差别较大，光线会被部分反射，导致实际入射到太阳能电池片的光线损失。为减少入射光线损失，通过多层镀膜工艺，在太阳能电池片表面分别镀增透膜、带通膜(或红外反射膜)，如图3所示，增加入射光线透过比例同时减少红外光、紫外光入射，以提高电池片效率，降低电池片温度。

本实施方式中，S3所述的增透膜可以提高波长处于200nm～1200nm之间的光的透过率

本实施方式中，对于卫星太阳能帆板，特别是体装太阳能帆板，由于帆板直接安装在卫星本体上，两者间距很小，因此对于通常卫星来说，帆板温度会在很大程度上影响卫星本体温度，因此需将帆板与卫星本体隔热安装，防止帆板温度影响卫星本体。但帆板面积大，发射率高，适合作为散热面。通过将本实施方式所述太阳能电池片在卫星帆板上合理布局，将未镀膜的电池片与镀膜电池片间隔安装，如图5所示，实现通过体装太阳能帆板对卫星本体散热的功能。

本实施方式中，如图4所示，发热设备对应位置和太阳能帆板采用导热材料安装，利用镀膜电池片发射率高，吸热少的特点，将卫星本体内部热量传递至太阳能帆板，并通过帆板辐射至太空中，从而降低卫星本体温度

进一步的，S2所述反射膜为红外反射膜。

本实施方式中，为减少红外光的热效应，可在太阳能电池片的上表面镀一层红外反射膜，如图2所示，将波长大于1200nm的红外光反射，仅允许波长小于1200nm的部分光线透过。由于太阳能电池片仅能利用波长小于1200nm的光线产生电能，因此镀膜后对太阳能电池片的效率无影响，并且由于将热效应明显的红外光部分反射掉，降低了太阳能电池片的温度，因此能够提高太阳能电池片输出功率。

再进一步的，S2所述反射膜为透过波长在200nm～1200nm的带通膜。

本实施方式中，由于波长小于激发波长的光线(紫外光)不能产生电能，并且会损害太阳能电池片，因此将镀膜改为带通膜。由于波长小于200nm的紫外光不能产生电能，因此可选择通带波长在200nm～1200nm之间的带通膜，允许波长范围在200nm～1200nm之间的光线通过，阻止该波长范围外的光线，从而达到保护太阳能电池片，降低太阳能电池片温度的目的。

再进一步的，S3所述的增透膜为透过波长在200nm～1200nm的带通膜。

再进一步的，S5所述将镀膜后的太阳能电池片与未镀膜的太阳能电池片间隔安装在太阳能帆板上的具体方法包括：

S5-1、通过热仿真，获取卫星本体发热设备对应的太阳能帆板部位；

S5-2、在S5-1获取的部位安装镀膜后的太阳能电池片；

S5-3、将太阳能帆板其余部位安装未镀膜的太阳能电池片。

本实施方式中，通过热仿真，在体装太阳能帆板对应卫星本体发热设备的部位安装镀膜电池片，其余部分根据需要间隔安装未镀膜电池片和镀膜电池片，实现通过体装太阳能帆板对卫星本体散热的功能。

再进一步的，S6所述将镀膜后的太阳能电池片安装在太阳能帆板上的具体方法包括：

S6-1、通过热仿真，获取卫星本体发热设备对应的太阳能帆板部位；

S6-2、在S6-1获取的部位与太阳能帆板之间采用导热材料填充；

S6-3、将太阳能帆板安装在卫星本体上，在太阳能帆板和卫星本体之间除S5-1之外的部位用隔热材料填充。

再进一步的，所述太阳能电池片包括：单晶硅太阳能电池片、多晶硅太阳能电池片、非晶硅太阳能电池片、碲化镉太阳能电池片、砷化镓太阳能电池片和有机太阳能电池片。

本发明中，针对在太空环境下太阳能帆板的散热问题，提出一种通过在太阳能帆板上的太阳能电池片表面镀膜的方法，降低太阳能帆板对红外线的吸收，从而降低太阳能帆板的温度。太阳光谱中，约1/3的能量存在在1200nm波长及以上的红外光中，例如，卫星上采用常用的GaAs三结砷化镓太阳能电池仅对太阳光中940nm及以下波长的部分有响应，即太阳光中，仅有940nm及以下波长的部分能够被太阳能电池转换为电能。因此，通过在太阳能电池片表面镀膜，将太阳光940nm及以上波长的部分反射，仅允许940nm以下部分光线透过，作用于太阳能电池片，避免红外光导致的热效应，即可有效降低太阳能电池片及太阳能帆板温度。不同类型太阳能电池片的响应波长不同，GaAs的响应波长小于940nm，其他类型的太阳能电池片最大响应波长可到1200nm，此处以GaAs为例，其他太阳能电池片镀膜波长可根据电池片种类变化。对于卫星太阳能帆板，通过对帆板上不同位置的太阳能电池片选择性镀膜，可将太阳能帆板温度保持在合适范围内，减少卫星本体热控压力，并可根据需要为卫星本体提供热量，或作为卫星本体散热面。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。