專利名稱：利用太陽電池片探測空間污染環(huán)境的飛行試驗裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用太陽電池片在軌探測空間污染環(huán)境的飛行試驗裝置及方法，特別是利用鎵銦磷太陽電池片的空間污染環(huán)境探測。
背景技術(shù)：
航天器在軌運(yùn)行期間，會受到空間誘發(fā)污染環(huán)境(航天器用非金屬材料放氣導(dǎo)致的分子污染、航天器發(fā)動機(jī)羽流污染等)的影響，其熱控、電源、光學(xué)敏感器件等都會有不同程度的變化，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致失效。當(dāng)前，國內(nèi)做了大量的地面模擬試驗仿真等工作，但沒有在軌試驗數(shù)據(jù)的支持。因此，在軌探測空間誘發(fā)污染效應(yīng)是一項很重要的工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用太陽電池片探測空間污染環(huán)境的飛行試驗裝置，可以利用該裝置探測空間誘發(fā)污染環(huán)境，為地面模擬試驗提供依據(jù)，同時為航天器設(shè)計階段提供參考。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案利用太陽電池片探測空間污染環(huán)境的飛行試驗裝置，主要包括探測器單元和探測電路單元兩部分，探測器單元包括太陽電池片一、鎵銦磷太陽電池片二、熱敏電阻、支架，太陽電池片一、太陽電池片二均通過粘合劑粘貼在支架上，熱敏電阻通過粘合劑粘貼在太陽電池片二的背面，支架整體安裝在衛(wèi)星(未示出)表面的向陽面上，探測電路單元包括取樣電阻、放大電路、數(shù)據(jù)采集電路、溫度測量電路。探測器單元與探測電路單元之間通過信號線連接，其中熱敏電阻通過信號線連接到溫度測量電路上，太陽電池片一的輸出電壓直接連接到放大電路上，太陽電池片二的電流通過取樣電阻后得到電壓，再被放大電路放大，數(shù)據(jù)采集電路將這一電壓采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，與溫度測量電路的結(jié)果一并通過衛(wèi)星(未示出)下傳到地面采集系統(tǒng)。其中，上述太陽電池片為鎵銦磷電池片。優(yōu)選地，所述粘合劑為⑶414粘合劑。本發(fā)明中利用此裝置探測空間污染環(huán)境的方法，主要包括以下步驟I)將上述裝置設(shè)置在航天器上并將其與航天器的遙測系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的電連接；2)通過航天器遙測系統(tǒng)與地面的雙向通信獲得受測太陽電池片的電壓數(shù)據(jù)、溫度、光照角(太陽電池片表面法線與太陽光入射方向的夾角)；3)利用相同的太陽電池片在地面進(jìn)行不同污染量的試驗，獲得太陽電池片在不同污染量作用下開路電壓值、短路電流值的變化關(guān)系式v = e-aTV0,I = (dtIci，式中，V、、分別表示污染前后太陽電池開路電壓的變化值；1、Itl分別表示污染前后太陽電池短路電流的變化值，a常數(shù)，不同污染物對應(yīng)不同的系數(shù)，該系數(shù)通過試驗獲得，T表示污染量，g/cm2;4)根據(jù)太陽電池片開路電壓、短路電流隨溫度的變化曲線，計算得到在軌道溫度下的理論初始開路電壓、短路電流；根據(jù)光照角與太陽電池開路電壓、短路電流的關(guān)系，計算得到在軌道條件下的開路電壓、短路電流；5)根據(jù)軌道測量的開路電壓、短路電流數(shù)據(jù)以及計算得到的初始開路電壓、短路電流的數(shù)據(jù)，計算得到空間污染量。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于該發(fā)明中的飛行試驗裝置結(jié)構(gòu)簡單，功耗低，非常適合于飛行搭載試驗。


圖I是本發(fā)明的太陽電池片探測空間污染環(huán)境的飛行試驗裝置示意圖。其中，I為鎵銦磷太陽電池片I ;2為鎵銦磷太陽電池片2 ；3為熱敏電阻；4為支架；5為取樣電阻；6為電壓放大電路；7為溫度測量電路；8為數(shù)據(jù)采集電路。
具體實施例方式以下介紹的是作為本發(fā)明所述內(nèi)容的具體實施方式
，下面通過具體實施方式
對本發(fā)明的所述內(nèi)容作進(jìn)一步的闡明。當(dāng)然，描述下列具體實施方式
只為示例本發(fā)明的不同方面的內(nèi)容，而不應(yīng)理解為限制本發(fā)明范圍。參照圖1，本發(fā)明的太陽電池片探測空間污染環(huán)境的飛行試驗裝置利用太陽電池片探測空間污染環(huán)境的飛行試驗裝置，主要包括探測器單元和探測電路單元兩部分，探測器單元包括鎵銦磷太陽電池片一(I)、鎵銦磷太陽電池片二(2)、熱敏電阻(3)、支架(4)，太陽電池片一(I)、太陽電池片二(2)均通過粘合劑粘貼在支架(4)上，熱敏電阻(3)通過粘合劑粘貼在太陽電池片二(2)的背面，支架(4)整體安裝在衛(wèi)星(未示出)表面的向陽面上，探測電路單元包括取樣電阻(5)、放大電路￠)、數(shù)據(jù)采集電路(8)、溫度測量電路(7)。探測器單元與探測電路單元之間通過信號線連接，其中熱敏電阻(5)通過信號線連接到溫度測量電路(7)上，太陽電池片一⑴的輸出電壓直接連接到放大電路(6)上，太陽電池片二(2)的電流通過取樣電阻(5)后得到電壓，再被放大電路(6)放大，數(shù)據(jù)采集電路(8)將這一電壓采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，與溫度測量電路(7)的結(jié)果一并通過衛(wèi)星(未示出)下傳到地面采集系統(tǒng)。本發(fā)明中利用此裝置探測空間污染環(huán)境的方法，主要包括以下步驟I)將上述裝置設(shè)置在航天器上并將其與航天器的遙測系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的電連接；2)通過航天器遙測系統(tǒng)與地面的雙向通信獲得受測太陽電池片的電壓數(shù)據(jù)、溫度、光照角(太陽電池片表面法線與太陽光入射方向的夾角)；3)利用相同的鎵銦磷太陽電池片在地面進(jìn)行不同污染量的試驗，，獲得太陽電池片在不同污染量作用下開路電壓值、短路電流值的變化關(guān)系式V = e-aTV0, I = ^dtIci，式中，V、Vtl分別表示污染前后太陽電池開路電壓的變化值；1、Itl分別表示污染前后太陽電池短路電流的變化值，a常數(shù)，不同污染物對應(yīng)不同的系數(shù)，該系數(shù)通過試驗獲得，例如其經(jīng)驗值為200-1000, T表示污染量，g/cm2 ；4)太陽電池片的開路電壓和短路電流都具有預(yù)定的溫度系數(shù)，即溫度變化1°C開路電壓和短路電流的變化量，根據(jù)太陽電池片開路電壓、短路電流隨溫度的該變化關(guān)系，計算得到在軌道溫度下的理論初始開路電壓、短路電流；太陽電池片的開路電壓和短路電流都具有預(yù)定的光照角變化系數(shù)，即光照角改變I度開路電壓和短路電流的變化量，根據(jù)光照角與太陽電池開路電壓、短路電流的該變化關(guān)系，計算得到在軌道條件下的開路電壓、短路電流；5)根據(jù)軌道測量的開路電壓、短路電流數(shù)據(jù)以及計算得到的初始開路電壓、短路電流的數(shù)據(jù)，再利用V = e-aTV0, I = e-aTI0反推計算得到在軌條件下的空間污染量。盡管上文對本發(fā)明的具體實施方式
給予了詳細(xì)描述和說明，但是應(yīng)該指明的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以依據(jù)本發(fā)明的精神對上述實施方式進(jìn)行各種等效改變 和修改，其所產(chǎn)生的功能作用在未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，均應(yīng)在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.利用太陽電池片探測空間污染環(huán)境的飛行試驗裝置，主要包括探測器單元和探測電路單元兩部分，探測器單元包括太陽電池片一、鎵銦磷太陽電池片ニ、熱敏電阻、支架，太陽電池片一、太陽電池片ニ均通過粘合劑粘貼在支架上，熱敏電阻通過粘合劑粘貼在太陽電池片ニ的背面，支架整體安裝在衛(wèi)星表面的向陽面上，探測電路單元包括取樣電阻、放大電路、數(shù)據(jù)采集電路、溫度測量電路。探測器單元與探測電路單元之間通過信號線連接，其中熱敏電阻通過信號線連接到溫度測量電路上，太陽電池片ー的輸出電壓直接連接到放大電路上，太陽電池片ニ的電流通過取樣電阻后得到電壓，再被放大電路放大，數(shù)據(jù)采集電路將這ー電壓采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，與溫度測量電路的結(jié)果ー并通過衛(wèi)星下傳到地面采集系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述太陽電池片為鎵銦磷電池片。
3.如權(quán)利要求I或2所述的裝置，其中，所述粘合劑為GD414粘合剤。
4.利用權(quán)利要求1-3任一項所述裝置探測空間污染環(huán)境的方法，主要包括以下步驟 1)將權(quán)利要求1-3任一項所述的裝置設(shè)置在航天器上并將其與航天器的遙測系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的電連接； 2)通過航天器遙測系統(tǒng)與地面的雙向通信獲得受測太陽電池片的電壓數(shù)據(jù)、溫度、光照角； 3)利用相同的太陽電池片在地面進(jìn)行不同污染量的試驗，獲得太陽電池片在不同污染量作用下開路電壓值、短路電流值的變化關(guān)系式V = e-aTV0,I = e_°TI。，式中，V、、分別表示污染前后太陽電池開路電壓的變化值；I、Itl分別表示污染前后太陽電池短路電流的變化值，a常數(shù)，不同污染物對應(yīng)不同的系數(shù)，該系數(shù)通過試驗獲得；T表示污染量，g/cm2; 4)根據(jù)太陽電池片開路電壓、短路電流隨溫度的變化曲線，計算得到在軌道溫度下的理論初始開路電壓、短路電流；根據(jù)光照角與太陽電池開路電壓、短路電流的關(guān)系，計算得到在軌道條件下的開路電壓、短路電流； 5)根據(jù)軌道測量的開路電壓、短路電流數(shù)據(jù)以及計算得到的初始開路電壓、短路電流的數(shù)據(jù)，再利用V = e-aTV0, I = e-aTI0反推計算得到空間污染量T。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用太陽電池片探測軌道空間污染環(huán)境的裝置，兩太陽電池片通過粘合劑粘貼在支架上，熱敏電阻通過粘合劑粘貼在太陽電池片的背面，支架整體安裝在衛(wèi)星表面的向陽面上，熱敏電阻通過信號線連接到溫度測量電路上，太陽電池片的輸出電壓直接連接到放大電路上，另一太陽電池片的電流通過取樣電阻后得到電壓，再被放大器電路放大，數(shù)據(jù)采集電路將這一電壓采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，與溫度測量電路的結(jié)果一并通過衛(wèi)星下傳到地面。此外提出了一種利用該裝置探測軌道空間污染環(huán)境的方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的飛行試驗裝置結(jié)構(gòu)簡單，功耗低，非常適合于飛行搭載試驗。
文檔編號G01N27/00GK102768226SQ201210266768
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者于錢, 代佳龍, 劉慶海, 張艷景, 易忠, 李娜, 楊東升, 臧衛(wèi)國, 院小雪 申請人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所