月球科研站基本型能源系统方案设计与关键技术研究

调研了国内外无线传能技术和燃料电池技术的研究现状,在探月四期工程的整体规划框架下,对月球科研站基本型能源系统任务需求进行分析研究;提出了月球科研站基本型的能源系统组成,对能源系统的功能、工作原理和工作模式进行分析,给出了主要技术指标;对能源系统涉及到的关键技术进行初步分析,包括热电一体化能源综合利用技术、可再生燃料电池高可靠及高效控制技术、小型化高效远场激光无线传能技术、千瓦级近场无线传能技术和复杂多源能源系统稳定性建模与分析技术;基于方案设计和关键技术分析,对后续工作进行探讨,给出了下一步工作建议。

质子交换膜燃料电池气体扩散层研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)可以提供较高的功率/能量密度,是未来空间探索最有前途的动力设备之一,其性能主要取决于内部反应物的传输和水管理。气体扩散层(GDL)作为燃料电池中的重要组成部件,与燃料电池的质量、水、热和电的多相传输紧密相关,是反应物和液态水的主要传输场所。因此,要提高燃料电池性能,合理的气体扩散层的设计至关重要。从提升空间燃料电池的使用寿命、稳定性及电化学性能的角度出发,综述了气体扩散层的物理化学特性,并介绍了多种改性方法,包括疏水性、结构和新型一体式GDL以及其对燃料电池性能的影响,为未来空间燃料电池高性能GDL设计提供了参考。

基于正交磁场的无线能量和数据协同传输技术

该文提出一种新型的无线能量和数据协同传输方案,通过采用基于平面方形线圈和DD线圈的正交磁耦合机构,降低交叉干扰,拓展设计自由度,简化电路分析。提出基于有限元仿真的正交磁耦合机构优化设计方法,阐明能量传输和数据传输交叉干扰小的原因,研究能量和数据传输特性。为验证理论分析,搭建一个传输距离为130mm、磁耦合机构(包括能量线圈和数据线圈)外尺寸为120mm×120mm×15mm、输出功率为47W的样机,样机效率可达68.4%,数据传输速率为1.0Mbit/s。通过对比数据单独传输及能量和数据协同传输时的波形,证明能量传输和数据传输干扰可忽略。