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载人航天器体装太阳电池阵有效发电面积计算方法

杨胜 王曦

杨胜, 王曦. 载人航天器体装太阳电池阵有效发电面积计算方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2021, 47(7): 1332-1337. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0216
引用本文: 杨胜, 王曦. 载人航天器体装太阳电池阵有效发电面积计算方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2021, 47(7): 1332-1337. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0216
YANG Sheng, WANG Xi. A calculation method for effective power supply area of manned spacecraft with body mounted solar array[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2021, 47(7): 1332-1337. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0216(in Chinese)
Citation: YANG Sheng, WANG Xi. A calculation method for effective power supply area of manned spacecraft with body mounted solar array[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2021, 47(7): 1332-1337. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0216(in Chinese)

载人航天器体装太阳电池阵有效发电面积计算方法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0216
详细信息
    通讯作者:

    杨胜. E-mail: cast_ys@tom.com

  • 中图分类号: V529

A calculation method for effective power supply area of manned spacecraft with body mounted solar array

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  • 摘要:

    航天器的发电能力与太阳电池阵有效发电面积成正比。针对圆柱形载人航天器,提出了一种体装太阳电池阵有效发电面积计算方法。首先,将太阳电池阵沿圆周方向划分为多个子阵,通过坐标变换,计算太阳矢量与每个子阵法线的夹角(即太阳入射角);然后,将每个子阵面积与对应太阳入射角的余弦相乘并求和,得到体装太阳电池阵的有效发电面积。对不同轨道日照角、不同飞行姿态下体装太阳电池阵有效发电面积进行仿真分析,仿真结果表明:三轴对地姿态下平均有效发电面积为安装面积的25%~32%,通过固定角度偏航可将有效发电面积提高至安装面积的30%~44%。

     

  • 图 1  体装太阳电池阵安装示意图

    Figure 1.  Schematic of installation of body mounted solar array

    图 2  地心赤道惯性坐标系与航天器轨道坐标系

    Figure 2.  Coordinate systems of geocentric equator inertia and spacecraft orbit

    图 3  航天器轨道坐标系与本体控制坐标系

    Figure 3.  Coordinate systems of spacecraft orbit and body control

    图 4  航天器本体质心坐标系与本体几何坐标系

    Figure 4.  Coordinate system of spacecraft body centroid and geometric coordinate system of spacecraft body

    图 5  航天器本体几何坐标系与太阳电池阵安装坐标系

    Figure 5.  Geometric coordinate system of spacecraft body and coordinate system of body mounted solar array

    图 6  太阳入射角计算模型示意图

    Figure 6.  Schematic of calculation model of solar incidence angle

    图 7  地影模型

    Figure 7.  Model of earth eclipse

    图 8  三轴对地飞行姿态下平均有效发电面积

    Figure 8.  Average effective power supply area under flight attitude of three-axis orientating the earth

    图 9  不同飞行姿态下平均有效发电面积(β=30°)

    Figure 9.  Average effective area under different flight attitudes (β=30°)

    表  1  三轴对地飞行姿态下不同安装方式平均有效发电面积

    Table  1.   Average effective area for different installation ways under earth-oriented three-axis stabilized attitude

    安装方式 平均有效发电面积/m2
    β=0° β=30° β=45° β=63°
    对日定向 9.6 8.3 6.8 4.3
    体装 2.4(25%) 3.0(31%) 3.1(32%) 2.9(30%)
      注:括号内为与太阳电池阵安装面积(9.6 m2)的比值。
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    表  2  不同飞行姿态下体装太阳电池阵平均有效发电面积

    Table  2.   Average effective power supply area of body mounted solar array under different flight attitudes

    飞行姿态 平均有效发电面积/m2
    β=0° β=30° β=45° β=63°
    三轴对地 2.4 3.0 3.1 2.9
    连续偏航 2.4(0%) 1.8(-40%) 1.2(-61%) 0.12(-96%)
    固定角度偏航(90°) 4.2(+75%) 3.5(+17%) 2.6(-16%) 0.63(-78%)
      注:括号内为相对三轴对地姿态下平均有效发电面积的变化量。
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-05-27
  • 录用日期:  2020-08-07
  • 网络出版日期:  2021-07-20

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