本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種低地球軌道高壓太陽能電池二次放電試驗(yàn)裝置及方法，屬于測量領(lǐng)域。所述裝置包括：真空室、Ar等離子體源、攝像頭、三維驅(qū)動機(jī)構(gòu)、真空抽氣系統(tǒng)、試驗(yàn)臺、絕緣墊、高壓太陽能電池工作模擬系統(tǒng)、太陽能電池組、非接觸式電位計(jì)、電位測試系統(tǒng)。所述方法包括對真空室抽真空、開啟Ar等離子體源發(fā)射等離子體、開啟高壓太陽能電池工作模擬系統(tǒng)誘發(fā)太陽能電池組表面靜電放電、通過電位測試系統(tǒng)和非接觸式電位計(jì)監(jiān)測太陽能電池組表面充電電位的過程。所述裝置及方法能較好模擬LEO軌道等離子體環(huán)境，工作穩(wěn)定，適用于各種低地球軌道衛(wèi)星大功率高壓太陽能電池二次放電地面模擬試驗(yàn)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及，特別涉及對LEO (低地球)軌道空間帶電環(huán)境中，采用人為等離子體裝置開展的高壓太陽能電池二次放電地面模擬試驗(yàn)裝置及方法。屬于測量領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
隨著衛(wèi)星新技術(shù)和新需求的不斷涌現(xiàn)，對衛(wèi)星能源系統(tǒng)的要求也越來越高，因此衛(wèi)星太陽能電池電源系統(tǒng)將朝著大功率、高電壓的趨勢發(fā)展。然而工作電壓的提高也增加了太陽能電池與空間帶電環(huán)境的耦合機(jī)會，出現(xiàn)了由于空間靜電放電引起的新的失效模式。鑒于靜電放電問題對低地球軌道衛(wèi)星產(chǎn)生的異常事件和故障，以及造成太陽能電池輸出功率嚴(yán)重?fù)p失的情況，美國NASA、歐洲ESA和日本JAXA等研究機(jī)構(gòu)均投入大量人力、物力開展針對高壓太陽能電池?fù)p傷規(guī)律及防護(hù)技術(shù)的研究工作。 隨著我國空間應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，LEO軌道大功率高電壓太陽必將被廣泛采用，因此由靜電擊穿事件引起的LEO軌道高壓太陽能電池功率損失問題將成為我國空間電源設(shè)計(jì)者必須面對和解決的新課題。目前，我國對大功率衛(wèi)星高壓太陽能電池靜電擊穿效應(yīng)的認(rèn)識還不夠深入，因此缺乏有效的防護(hù)方法和設(shè)計(jì)手段，制約了大功率高壓太陽能電池在空間等離子體帶電環(huán)境中的廣泛應(yīng)用。地面開展高壓太陽能電池二次放電模擬試驗(yàn)還存在以下主要困難(I)地面不能真實(shí)模擬空間等離子體帶電環(huán)境；(2)地面難以開展真實(shí)尺寸空間高壓太陽能電池的模擬試驗(yàn)；(3)高壓太陽能電池靜電二次放電效應(yīng)是一種快速、隨機(jī)的過程。因此，亟需通過選用正確有效的試驗(yàn)方法開展低地球軌道衛(wèi)星高壓太陽能電池二次放電地面模擬試驗(yàn)的研究。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)解決的技術(shù)問題是結(jié)合空間高壓太陽能電池結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用Ar等離子體源模擬試驗(yàn)方法開展高壓太陽能電池二次放電研究。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)的技術(shù)方案如下。一種低地球軌道高壓太陽能電池二次放電實(shí)驗(yàn)裝置，所述裝置包括真空室、Ar等離子體源、攝像頭、三維驅(qū)動機(jī)構(gòu)、真空抽氣系統(tǒng)、試驗(yàn)臺、絕緣墊、高壓太陽能電池工作模擬系統(tǒng)、太陽能電池組、非接觸式電位計(jì)、電位測試系統(tǒng)；其中，在真空室內(nèi)部，試驗(yàn)臺安裝在真空室底面上，太陽能電池組位于試驗(yàn)臺上并與試驗(yàn)臺絕緣；三維驅(qū)動機(jī)構(gòu)位于真空室內(nèi)部,非接觸式電位計(jì)位于太陽能電池組上方并與三維驅(qū)動機(jī)構(gòu)固定連接，通過三維驅(qū)動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)非接觸式電位計(jì)在太陽能電池組表面的運(yùn)動；攝像頭安裝在真空室頂部;在真空室外部，電位測試系統(tǒng)通過導(dǎo)線與非接觸式電位計(jì)連接；高壓太陽能電池工作模擬系統(tǒng)與太陽能電池組連接；真空抽氣系統(tǒng)與真空室連接，非接觸式電位計(jì)和電位測試系統(tǒng)的作用為，測試太陽能電池組表面的充電電位；高壓太陽能電池工作模擬系統(tǒng)的作用為，為太陽能電池組提供工作電壓和工作電流，用于模擬衛(wèi)星實(shí)際工作狀態(tài)；優(yōu)選所述太陽能電池工作模擬系統(tǒng)包括負(fù)載電阻、高壓電源、補(bǔ)償電容、可調(diào)電源、示波器、第一脈沖電流探針、第二脈沖電流探針、基底；所述太陽能電池組安裝在基底上，包括第一太陽能電池組和第二太陽能電池組；第一、第二太陽能電池組均為一塊或一塊以上太陽能電池串聯(lián)，所述太陽能電池的類型、尺寸和數(shù)目相同；所述太陽能電池工作模擬系統(tǒng)與太陽能電池組構(gòu)成太陽能電池組工作電路，其連接關(guān)系如下 其中，高壓電源一端接地，另一端與基底連接；可調(diào)電源的一端通過導(dǎo)線依次與第一太陽能電池組、負(fù)載電阻、第二太陽能電池組連接后，與可調(diào)電源的另一端連接的導(dǎo)線合為一路，然后與補(bǔ)償電容連接后接地；在高壓電源和基底之間設(shè)有第一脈沖電流探針，在可調(diào)電源和第一太陽能電池組之間設(shè)有第二脈沖電流探針；所述第一脈沖電流探針、第二脈沖電流探針分別與示波器連接；所述太陽能電池組的工作電路的實(shí)際工作狀態(tài)為通過高壓電源給基底加負(fù)高壓(范圍O -IOkV),同時用Ar等離子體源模擬LEO軌道等離子體帶電環(huán)境，當(dāng)發(fā)射的Ar等離子體受到基底負(fù)高壓的作用，使得帶正電的離子轟擊到太陽能電池組上積累形成正電位；當(dāng)積累的正電位超過太陽能電池組的擊穿閾值時發(fā)生一次放電，之后再通過可調(diào)電源為太陽能電池組供電，當(dāng)超過二次放電閾值后，太陽能電池組發(fā)生二次放電現(xiàn)象。一種低地球軌道高壓太陽能電池二次放電試驗(yàn)方法，所述方法步驟如下步驟一、開啟真空抽氣系統(tǒng)對真空室抽真空，至真空度< 3.0X10 —4Pa;步驟二、開啟Ar等離子體源發(fā)射等離子體，模擬LEO軌道的等離子體環(huán)境；步驟三、開啟高壓太陽能電池工作模擬系統(tǒng)，誘發(fā)太陽能電池組表面靜電放電；步驟四、開啟電位測試系統(tǒng)，通過三維驅(qū)動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)非接觸式電位計(jì)在太陽能電池組表面的移動；通過電位測試系統(tǒng)和非接觸式電位計(jì)監(jiān)測太陽能電池組表面充電電位，并通過攝像頭拍攝太陽能電池組的二次放電過程。當(dāng)測試結(jié)束，依次關(guān)閉高壓太陽能電池工作模擬系統(tǒng)、Ar等離子體源，最后關(guān)閉真空抽氣系統(tǒng)。優(yōu)選步驟二中，Ar等離子體源產(chǎn)生的等離子體的能量范圍為O. I O. 3eV，密度范圍為 IXlO9 I X IO1Vm3。優(yōu)選步驟三中，所述開啟高壓太陽能電池工作模擬系統(tǒng)，為開啟高壓電源和可調(diào)電源；其中高壓電源為基底提供的電壓范圍為-IO4V 0V，可調(diào)電源為太陽能電池組提供的工作電壓范圍為OV 200V ;工作電流范圍為直流OA 4. 0A。優(yōu)選步驟四中，通過示波器監(jiān)測太陽能電池組的二次放電瞬態(tài)脈沖波形。優(yōu)選步驟四中，采用非接觸式電位計(jì)監(jiān)測太陽能電池組表面電位水平，電位計(jì)測量范圍為OV ±20000V ;采用第一、第二脈沖電流探針和示波器監(jiān)測太陽能電池組表面靜電放電電壓和二次放電瞬態(tài)脈沖波形；優(yōu)選工作電路中的補(bǔ)償電容C=O. 033 μ F。有益效果(I)采用Ar等離子體源，能較好模擬LEO軌道等離子體環(huán)境；(2)根據(jù)高壓太陽能電池工作原理和空間充電理論，設(shè)計(jì)了外部補(bǔ)償電容試驗(yàn)電路，解決了地面模擬試驗(yàn)樣品面積大小影響模擬試驗(yàn)結(jié)果的問題；(3)高壓太陽能電池二次放電地面模擬試驗(yàn)方法可操作性強(qiáng)，該試驗(yàn)系統(tǒng)工作穩(wěn)定，適用于各種低地球軌道衛(wèi)星大功率高壓太陽能電池二次放電地面模擬試驗(yàn)。附圖說明圖I是本專利技術(shù)的低地球軌道高壓太陽能電池二次放電試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本專利技術(shù)的太陽能電池組的工作電路示意圖。 圖中1 —真空室、2 —攝像頭、3 - Ar等離子體源、4 —太陽能電池組、5 —真空抽氣系統(tǒng)、6 —絕緣墊、7 —試驗(yàn)臺、8 —高壓太陽能電池工作模擬系統(tǒng)、9-非接觸式電位計(jì)、10 一三維驅(qū)動機(jī)構(gòu)、11 一負(fù)載電阻、12 —高壓電源、13 —補(bǔ)償電容、14 一可調(diào)電源、15-示波器、16 一第一脈沖電流探針、17-第二脈沖電流探針、18-基底。具體實(shí)施例方式如圖I所示，一種低地球軌道高壓太陽能電池二次放電實(shí)驗(yàn)裝置，所述裝置包括真空室I、Ar等離子體源3、攝像頭2、三維驅(qū)動機(jī)構(gòu)10、真空抽氣系統(tǒng)5、試驗(yàn)臺7、絕緣墊6、高壓太陽能電池工作模擬系統(tǒng)8、太陽能電池組4、非接觸式電位計(jì)9、電位測試系統(tǒng)；其中，在真空室I內(nèi)部，試驗(yàn)臺7安裝在真空室底面上，在試驗(yàn)臺7上設(shè)有絕緣墊6，太陽能電池組4放置在絕緣墊6上；三維驅(qū)動機(jī)構(gòu)10位于試驗(yàn)臺7 —側(cè)；非接觸式電位計(jì)9位于太陽能電池組4上方,并與三維驅(qū)動機(jī)構(gòu)10固定連接,通過三維驅(qū)動機(jī)構(gòu)10實(shí)現(xiàn)其在太陽能電池組4表面的運(yùn)動；攝像頭2安裝在真空室I頂部；在真空室I上開有使導(dǎo)線通過的通孔；導(dǎo)線通過真空室I上開有的通孔，將位于真空室I外的電位測試系統(tǒng)與非接觸式電位計(jì)9連接；同理，導(dǎo)線通過真空室上本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種低地球軌道高壓太陽能電池二次放電實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述裝置包括：真空室（1）、Ar等離子體源（3）、攝像頭（2）、三維驅(qū)動機(jī)構(gòu)（10）、真空抽氣系統(tǒng)（5）、試驗(yàn)臺（7）、絕緣墊（6）、高壓太陽能電池工作模擬系統(tǒng)（8）、太陽能電池組（4）、非接觸式電位計(jì)（9）、電位測試系統(tǒng)；其中，在真空室（1）內(nèi)部，試驗(yàn)臺（7）安裝在真空室底面上，太陽能電池組位于試驗(yàn)臺（7）上并與試驗(yàn)臺（7）絕緣；三維驅(qū)動機(jī)構(gòu)（10）位于真空室（1）內(nèi)部，非接觸式電位計(jì)（9）位于太陽能電池組（4）上方并與三維驅(qū)動機(jī)構(gòu)（10）固定連接；攝像頭（2）安裝在真空室（1）頂部；在真空室（1）外部，電位測試系統(tǒng)通過導(dǎo)線與非接觸式電位計(jì)（9）連接；高壓太陽能電池工作模擬系統(tǒng)（8）與太陽能電池組（4）連接；真空抽氣系統(tǒng)（5）與真空室（1）連接。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王俊，李得天，柳青，楊生勝，秦曉剛，湯道坦，史亮，陳益峰，
申請(專利權(quán))人：中國航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五一〇研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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