温度对GEO轨道太阳电池阵静电放电影响规律研究

由于GEO轨道空间环境的特殊性,温度、辐照电子能量和束流密度等环境因素会对处于该轨道的航天器太阳电池阵充放电效应造成影响,为掌握GEO轨道太阳电池阵静电放电影响规律,以航天器太阳电池阵为研究对象,对太阳电池阵机理和研究现状进行分析的基础上,设计了太阳电池阵静电放电试验电路,确定了太阳电池阵静电放电试验参数与试验程序,重点开展了一定电子能量和束流密度条件下环境温度因素对太阳电池阵静电放电特性试验研究,获得了环境因素对太阳电池阵静电放电的影响规律。研究表明,静电放电频率、放电电流幅值与环境温度相关,温度越高,放电频率越小,放电电流幅值相应减小,放电电流主要能量集中在10 MHz以下频段。研究成果可为航天器静电放电效应分析和防护设计提供参考。     

太阳电池阵等离子体环境下功率泄漏试验研究

目的确定太阳电池空间等离子环境下的功率泄漏特性参数。方法在地面模拟等离子环境下,测量太阳电池阵收集电流随偏置电压的变化规律,再根据计算模型估算太阳电池阵空间环境下的功率泄漏数值。结果太阳电池收集电流随偏置电压的增大而增大,达到一定阈值后,发生收集电流突变现象,实际测试电流值大于100 mA,功率泄漏百分比大于14.3%。辉光放电伴随收集电流突变过程,等离子体鞘层从太阳电池的导体部分扩展到介质部分;收集电流突变发生后,测量电池暗特性,未发现明显损伤。结论针对未来高电压大功率太阳电池阵,应采用功率泄漏试验,检验其功率泄漏特性,建议综合考虑多方面的因素规避发生收集电流突变风险。     

LEO等离子体环境中HVSA的电弧放电研究

由于高压太阳电池阵在低轨等离子体环境中会发生电弧放电，这会造成航天器表面退化、电磁干扰、PN结破坏等负作用，因此进行了这方面的地面模拟试验研究。首先阐述了低地球轨道等离子体环境及高压太阳电池阵发生触发放电和二次放电的机理，然后介绍等离子体环境模拟设备原理与结构、试验方法及两次高压太阳电池阵的放电试验结果，系统的研究了电池片的放电位置及外界环境和结构条件对放电的影响。     

硼化物基超高温复合陶瓷超高速撞击作用下破坏模式研究

随着各国航天实验和航天器的增加,太空中存在微小碎片垃圾越来越多,对航天器正常运行有着极大的危害。研究弹丸超高速撞击硼化物基复合陶瓷产生的碎片云特性,采用非线性动力学分析软件AUTODYN,利用光滑质点动力学方法对圆柱形弹丸超高速撞击硼化物基超高温复合陶瓷单层板形成的碎片云进行数值模拟,分析相同质量不同速度弹丸撞击靶板的破坏模式,不同质量相同速度弹丸撞击靶板的破坏模式。结果表明在不同速度和质量弹丸撞击靶板的破坏模式中,穿孔半径变化规律为穿孔半径随着弹丸速度和质量的增大而增大。根据不同质量弹丸超高速撞击板靶的穿孔半径变化规律,得到弹丸撞击相同厚度靶板的击穿速度临界值。该结果可为航天器超高速撞击风险评估和防护设计提供了参考。     

超高速撞击下空间碎片形状效应研究进展

在对国内外超高速撞击条件下空间碎片形状效应研究技术路线进行分析的基础上,介绍了近年来国内外研究人员在超高速撞击条件下形状效应领域的研究现状和最新进展,并立足国内航天器空间碎片防护工程需求现状,结合研究现状和最新进展,探讨了我国未来在超高速撞击条件下空间碎片形状效应研究领域的发展方向。     

空间高轨高压太阳电池阵静电防护技术研究

目的提高太阳电池阵的可靠性。方法对空间用高轨高压太阳电池阵的静电防护技术进行试验研究,通过外加电弧的方式对太阳电池试验件进行一次放电模拟试验,通过电子注入模拟高轨等离子体环境,采用单一电子能量模拟多能谱能量的环境,对太阳电池阵二次放电进行摸底试验。结果一次放电对太阳电池试验件无影响,二次放电发生时,太阳电池串之间电压的阈值为80 V,二次放电会对太阳电池串输出功率造成一定影响。结论在太阳电池阵设计过程中,控制太阳电池串之间的并联间隙为1 mm,相邻太阳电池串之间电压差不大于80 V、在相邻太阳电池串之间涂敷硅橡胶等方法能有效控制太阳电池阵二次放电的发生,大大提高了太阳电池阵的可靠性。     

火箭整流罩抗碎片侵彻能力的数值模拟

为研究火箭整流罩对箭上有效载荷的防护性能,以某型液体运载火箭为分析对象,利用Autodyn软件对火箭爆炸碎片撞击有效载荷整流罩的过程进行了数值模拟,分析了碎片撞击速度和撞击倾角对整流罩抗碎片侵彻能力的影响。数值计算结果表明:碎片的撞击速度和撞击倾角是影响火箭整流罩抗碎片侵彻能力的重要因素,对碎片本身形变也有一定的影响;侵彻时间随碎片撞击速度呈单调递减,当碎片撞击速度较小时,碎片撞击造成的速度损失与撞击速度呈正相关;有效载荷整流罩抗侵彻能力随碎片撞击倾角的增大而增强,侵彻时间随碎片撞击倾角的增大呈单调递增。数值模拟结果与理论计算结果基本吻合,表明该数值计算模型能较好地模拟火箭爆炸碎片撞击有效载荷整流罩的过程。     

空间站原子氧环境仿真研究

目的预估空间站在轨期间遭受的原子氧撞击通量。方法通过对空间站构型进行建模,轨道、姿态参数设定,应用Kepler计算方法对空间站在轨20年的原子氧积分通量进行初步的仿真计算和分析。结果得到了航天器各个微元表面的原子氧积分通量数据。结论通过数据分析可知,迎风方向上经受的最大原子氧通量达到5.79×1022atoms/cm2,综合空间站各个不同位置表面的积分通量数据,可为航天器结构设计与材料选择提供技术支持。     

“航天器空间特殊环境、效应及评价技术”专题 序言

除力、热、磁等环境外,航天器在轨期间,还将遭受空间辐射、空间原子氧、空间等离子体、空间碎片、空间污染等特殊环境及其效应的考验,引起航天器用材料、器件、组件等在轨性能退化,甚至失效。随着我国航天科技的发展,尤其是大型空间基础设施的建设、可重复使用航天器和以月球探测为代表的深空探测任务的推进,以及航天器空间环境效应地面模拟实验能力的提高,对航天器空间特殊环境与效应及其评价均有了新认识、新发展和新成果。     

CAST2000卫星太阳电池阵基板原子氧防护技术研究

阐述了空间原子氧环境及其对航天器表面的损伤效应.介绍了北京卫星环境工程在型号原子氧防护工程化研究方面取得的进展情况."十五"期间,北京卫星环境工程研究所利用纳米晶添加、物理气相沉积、溶胶-凝胶化学制备等方法研制了原子氧防护涂层,获得了初步的研究结果.溶胶一凝胶化学制备具有工艺简单、成本低、适合在大面积复杂表面涂覆的优点,北京卫星环境工程研究所采用这种方法对太阳电池阵基板进行原子氧防护,已取得重要进展.     

非金属材料放气对砷化镓电池的影响分析

目的提高砷化镓电池的应用效率。方法以航天器常用灰皮电缆作为放气源,通过电池性能与透过率关系试验和污染物沉积量与透过率关系试验研究,分析材料放气对砷化镓电池的性能影响。结果随着非金属材料放气沉积量的增多,砷化镓电池的短路电流不断减小。当污染沉积量达到4×10-5g/cm2时,砷化镓电池的短路电流变化量为23 m A,变化率为10.9%;当污染沉积量达到1.26×10-4g/cm2时,砷化镓电池的短路电流变化量为42 m A,变化率为20.0%。结论非金属材料放气是造成太阳电池性能下降的因素之一。     

Photo-induced electron transfer processes in thin-film solar cells

Power conversion efficiency of single heterojuntion and bulk heterojunction thin-film solar cells has been analyzed in terms of sequential processes of photo-induced electron transfer. Furthermore, a numerical model was developed to predict current-voltage characteristics of solar cells on the basis of photo-induced electron transfer processes. As an application of this modeling, the power conversion efficiency was analyzed for the donor/acceptor (CuPc/C60) heterojunction under various conditions. In this way, the maximum power conversion efficiency, under 1 sun AM 1.5 solar illumination, was estimated to be 6.1% for the optimum single heterojunction structure. As for the bulk heterojunction structure, a vertical lattice (alternating donor/acceptor lamellae perpendicular to a substrate) structure was proposed and the maximum power conversion efficiency was estimated to be 10.8%. It was concluded that the power conversion efficiency of the vertical lattice bulk heterojunction cell could be increased up to ca. 15% by the improvement of the hole mobility of the donor film.     

冲击对蒸汽发生器传热管微动磨损行为的影响研究

目的 研究冲击对核电站蒸汽发生器传热管在高温蒸汽环境中微动磨损行为的影响规律与机理。方法 采用高温高压蒸汽环境冲击–滑移与纯滑移对比试验,研究冲击对蒸汽发生器690TT合金传热管微动磨损行为的影响。通过分析微观损伤结构区别,对比高、低磨损能量试验结果,明确冲击在微动磨损中的作用,获得传热管冲击–滑移复合微动磨损机理。结果 高温高压蒸汽环境中,复合微动磨损与纯滑移微动磨损相比,没有犁沟磨损特征,剥层特征占主导地位,微动磨损机制为剥层磨损。磨损能量越高,冲击引起的磨屑层脱落和基体开裂越多,磨损越严重。结论 冲击显著改变了传热管的微动磨损行为,在开展传热管服役安全评估中,应充分考虑纯滑移磨损与冲击–滑移复合微动磨损的显著差异。     

空间环境中子效应及测量技术

随着航天事业向长时间载人深空探测方向发展,空间辐射环境对航天器及其器件、对宇航员的损伤越来越受到重视。在空间辐射的诸多因素中,中子的辐射危害相当可观。介绍了空间中子探测研究的重要性,总结了空间中子的分布和来源、中子导致的辐射剂量贡献、中子对航天器危害和对航天员的损伤以及空间中子的探测方法。     

太阳能级多晶硅生命周期环境影响评价

采用生命周期评价法对太阳能级多晶硅生产过程的环境影响进行评价. 基于Eco-Indicator99,建立了适用于我国的终点破坏类影响评价模型(Chinese endpoint damage model,CEDM). 对影响评价模型的资源属性参数进行了本地化研究,核算出以2010年为基准年、以我国为基准区域的资源属性本地化人均年度基准值(4.33×105 MJ). 采用现场和问卷调研的方式获得太阳能级多晶硅所有生命周期阶段的能量物质的输入、输出和环境外排数据,调研样本总产量达到2012年全国产量的80%. 结果表明:从环境影响的最终破坏受体来看,太阳能级多晶硅生命周期环境影响主要集中在对人体健康损害方面,占其整个环境影响的72.31%;其次是对资源衰竭方面的影响,占24.23%;对生态系统的损害最小,仅占3.46%. 在所有环境要素中,电的环境影响最高,占79.48%;其次是蒸汽消耗、工业硅原料,二者分别占13.18%、5.97%. 我国太阳能级多晶硅生命周期环境影响是欧洲平均水平的2倍多,主要是受电力结构所致,但在技术先进性和污染防治水平方面要优于欧洲平均水平.      

处理垃圾渗滤液的Fe/C空气阴极MFC性能研究

用浸渍法制得硝酸铁/活性炭粉催化剂,通过吸附法将催化剂吸附到碳毡上制作Fe/C催化剂碳毡空气阴极电极.通过改变初始活性炭粉投加量和硝酸铁浓度,考察了两者对以垃圾渗滤液为燃料的MFC产电性能影响;通过循环伏安测试,对不同硝酸铁浓度下自制阴极电极性能进行了评价;在最佳催化条件下考察了装置运行稳定性;并对不同进水COD浓度下同步产电和污水净化性能进行了研究.结果表明,随着活性炭粉投加量或硝酸铁浓度的增加,MFC产电性能均呈现先升高后降低的趋势;当活性炭粉投加量为1 g且硝酸铁浓度为0.25 mol.L-1时,电池性能最佳,功率密度为4 199.8 mW.m-3,表观内阻为465Ω;在硝酸铁和活性炭粉最佳比范围内,MFC的内阻和功率密度分别随着催化剂量的增加而减小和增加;循环伏安测试进一步表明,硝酸铁浓度为0.25 mol.L-1时放电容量最大,且性能稳定;在最佳催化条件下,随着进水COD浓度的增加,MFC产电性能增加,功率密度达5 478.92 mW.m-3,同时COD去除量也增加,最大为1 505.2 mg.L-1,垃圾渗滤液的COD去除率最大达89.1%.     

高压太阳能电池阵与电子设备在等离子体环境中的毁伤机理

目的通过研究高压太阳能电池阵与电子设备在等离子体环境中气体放电的毁伤机理,从而可运用于军事上的电子对抗、干扰及隐身技术。方法通过分析气体放电的几种基本形式,研究太阳能电池阵和电子设备在等离子体射流或等离子体环境下可能发生的放电过程。结果高压太阳能电池阵在等离子体环境下易产生电弧放电现象,而电子设备在此环境下的毁伤主要是通过内部充电与外部充电产生的。结论在等离子体环境中,气体放电会对高压太阳能电池阵和电子设备产生严重的影响,可以利用这种影响对空间邻域的探索提供帮助。