一种在轨卫星太阳电池电路工作状态监测方法与流程

本发明涉及在轨航天器电源系统领域，具体涉及一种在轨卫星太阳电池电路工作状态监测方法。

背景技术：

航天器电源系统是航天器的重要组成部分，负责为航天器提供能源，目前大多数航天器电源系统采用太阳电池电路作为主发电装置。

与其他电源系统设备相比，太阳电池电路作为星外设备，直接暴露于空间环境中，需要承受高低温交变、粒子辐照、紫外辐照、原子氧辐照、空间碎片等恶劣环境，同时太阳电池电路实际输出易受光照强度、光照角度等因素的影响，为保证卫星在轨正常工作，需要实时监测太阳电池电路工作状态。

目前，太阳电池电路监测及故障诊断手段缺乏，太阳电池电路监测电路通常位于卫星内部，以太阳电池输出电流、输出电压遥测值作为判据，受限于星上资源，采集的输出电流可能为若干子电路输出电流之和，当发生太阳电池输出电流异常下降时，难以分辨出发生异常的子电路，并且由于太阳电池功率输出链路涉及环节较多，难以准确地定位故障发生位置。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的在轨卫星太阳电池电路工作状态监测方法，其步骤如下：

步骤1：根据太阳电池电路功率接口匹配性和实际功率需求，将每翼太阳电池电路分成n个太阳电池子电路；

步骤2：将每个子电路内各个太阳电池串并联起来，太阳电池子电路正端、负端各引出一根线，通过电连接器接入星外数据处理模块；

步骤3：将n个负温度系数热敏电阻贴于n个太阳电池子电路电池背面监测太阳电池电路工作温度，测温电阻正负引线通过电连接器接入星外数据处理模块；

步骤4：星外数据处理模块将采集的电压、温度信号转换成422信号，通过电连接器将转换后的总线信号输出至sada；

步骤5：总线信号通过sada传输至星内数据处理模块再传输至数传单机，经过信号处理后最终获得太阳电池子电路输出电压和工作温度。

进一步，可根据太阳电池电路功率接口匹配性和实际功率需求，将每翼太阳电池电路分成若干个太阳电池子电路，可对每路子电路的输出电压和工作温度进行分别监测。

优选的，通过串联电阻分压电路可获得太阳电池子电路输出电压和太阳电池阵工作温度，同时可将太阳电池子电路输出较高压转换成与数据处理模块接口相匹配的低压。

优选的，太阳电池子电路输出电压和太阳电池阵工作温度信号通过不同电连接器接入星外数据处理模块，可防止信号相互干扰，同时各子电路输出电压正负接点通过空点隔离，可有效防止正负接点短路。

进一步，将多路太阳电池电路输出电压和太阳电池阵工作温度通过星外数据处理模块转换成总线信号进行传输，使用一对滑环即可传输多个遥测数据量，可以有效避开驱动机构滑环数量的制约，降低sada设计复杂度。

进一步，采集太阳电池各子电路输出电压和工作温度，在太阳电池电路发生输出电流下降故障的情况下，结合星内电压遥测数据和输出电流遥测数据变化，较为准确地定位故障位置。

本发明能够避免受星上资源限制难以对所有子电路工作状态进行监测的问题；在星外采集各子电路输出电压和工作温度数据，转换成总线信号进行一次传输，可以有效避开驱动机构滑环数量的制约，降低sada设计复杂度；此外，通过采集太阳电池子电路输出电压和工作温度，可以在太阳电池电路发生输出电流下降故障的情况下，定位故障位置。

附图说明：

图1为太阳电池电路工作状态采集信号传输链路示意图；

图2为太阳电池子电路星外输出电压引出示意图；

图3为太阳电池子电路电压采集示意图；

图4为太阳电池子电路工作温度采集示意图。

具体实施方式：

现阶段，太阳电池电路在轨常见异常现象为太阳电池输出电流阶梯式下降。造成太阳电池电路输出电流下降的最可能原因为太阳电池(子)电路输出回路阻抗增加造成太阳电池(子)电路工作点向右移动，太阳电池(子)电路输出电压增加，太阳电池(子)电路输出电流降低。

太阳电池电路电流遥测采集电路一般置于星内，通过遥测参数变化无法准确地定位故障发生点。

为了能够直接针对每个太阳电池子电路的输出情况进行检测，并且在卫星太阳电池电路在轨发生故障后能够快速地对故障进行定位，在舱外测量每个太阳电池子电路的输出电压(具体采样位置为板间电缆mtc电连接器后终端电连接器前一段，尽量靠近终端电连接器)。同时在星内仍保留每个太阳电池子电路的电压遥测。

在卫星内遥测数据一切正常时，每个太阳电池子电路输出回路阻抗较小，同一电路星内遥测电压和星外遥测电压差值较小。当遥测数据发生异常时，先对遥测数据进行分析，然后根据不同的情况采取不同的措施：

1)如果太阳电池子电路输出回路出现开路现象，可分别读取星内电压遥测值和星外电压遥测值，如果星外太阳电池电路产品发生开路故障，则星外电压遥测值和星内电压遥测值均接近0v；如果开路点发生在星内段，则星外电压遥测值接近太阳电池子电路开路电压，星内电压遥测值接近0v。

2)太阳电池电路出现电流下降现象，若下降现象为太阳电池子电路输出回路阻抗增加导致，可分别读取星内电压遥测值和星外电压遥测值，如果星外太阳电池电路产品输出阻抗增加，此时太阳电池子电路工作点右移，输出电压增大，输出电流减小，假设输出回路星内段阻抗不发生变化，则星内电压遥测和星外电压遥测数值均变小，星内电压遥测和星外电压遥测差值减小。如果太阳电池电路回

抗增加，同样太阳电池子电路工作点右移，输出电压增大，输出电流减小，假设太阳电池电路星外端输出阻抗不变，则星外电压遥测数值增大，星内遥测电压数值减小，两者差值增大。

3)如果分析情况为短路现象，若短路点发生在星外太阳电池电路产品上，则星外、星内电压遥测数值接近0v，若短路点发生在星内段，则星内电压遥测数值降接近0v。

根据太阳电池发电的热特性，当太阳电池的电流发生变化时，其温度也随之变化，故拟在单个太阳电池分阵所在背面区域设置热敏电阻，根据热敏电阻的信号值判断该分阵是否异常，电路设计示意图如图2：

假设单块基板为4各子阵，sg1～sg4，在各子阵的背面区域中心位置，安放热敏电阻rt，各热敏电阻单独输出信号，由终端对此信号采集。此方案旨在通过热变化间接地判断电信号的变化，将热热敏电阻温度变化同电流变化联系起来。当sg1阵部分电池出现开路/短路情况，太阳电池电流减小/增加，造成温度上升，热敏电阻rt1阻值会随之变化，再根据rt1的在轨数据进行横向对比，及于rt2～rt4进行纵向对比可判断分阵sg1是否出现开路/短路情况。其它太阳电池子阵分析情况同上。

本发明方法的工作状态监测链路至少包括太阳电池电路、电压采集电路、星外数据处理模块、太阳电池阵驱动机构、星内数据处理模块、数传单机等。在上述两个方案中，第一个方案为主要方案，第二个方案为辅助方案。将两个方案相结合，能够更进一步的提高针对太阳电池电路故障问题的检测能力。

通过以上的方法，能够将太阳电池电路的故障问题与星内其他设备故障问题进行区分。

技术特征：

技术总结
本发明属于在轨航天器电源系统领域，具体涉及一种在轨卫星太阳电池电路工作状态监测方法。本发明采用电阻分压电路采集星外太阳电池电路输出电压和太阳电池阵温度数据，通过星外数据处理模块将采集到的数据转换成422信号，然后通过驱动机构滑环将信号传输至星内，经星内数据处理模块将422信号转换成模拟信号，经过数传最终获取太阳电池电路输出电压和太阳电池阵温度数值，根据太阳电池电路输出电压和工作温度变化监测星外太阳电池电路的工作状态。

技术研发人员：沈静曼;姜德鹏;王训春;沈斌;杨洪东;王凯;陈超奇;石梦奇
受保护的技术使用者：上海空间电源研究所
技术研发日：2018.12.06
技术公布日：2019.04.26