空间站电位主动控制及在轨应用

针对空间站电位控制需求,研究了空间站特有的带电机理,分析得出主动方式是空间站电位控制唯一可行的方法。研究了电位主动控制工作机制,建立了卫星电位自适应主动控制解析模型。在此基础上,采用空心阴极发射电子的空间站电位主动控制方法建立了空心阴极电子发射特性物理模型,研究了空心阴极电子发射特性,成功研制了中国首个测控一体的电位主动控制系统,并搭载于空间站天和一号核心舱,获得了空间站结构电位在轨测控数据。在轨应用结果表明:电位主动控制系统可将中国空间站结构电位从-60 V控制在-22 V左右,优于国际空间站-40 V的指标。

等离子体源型电位主动控制器特性分析

研究了基于等离子体发射装置的航天器电位主动控制技术,对航天器在轨运行时表面充电和电位主动控制过程进行了分析与计算,并通过建立等离子体源型电位主动控制器在工作过程中净发射电流与悬浮电位之间的关系对其性能进行描述,在此基础上,讨论了等离子体温度、离子电流及阳极电压等因素对控制器控制效果的影响。分析结果表明:利用等离子体源型电位主动控制器发射低温等离子体束流对航天器电位进行主动控制,可在保持较大净发射电流的同时,将航天器悬浮电位控制在较小的水平;相同净发射电流条件下,较高的等离子体温度、较大的离子电流及较小的阳极电压有助于将航天器悬浮电位控制在更小的水平,实现更好的控制效果。

绝缘层厚度对高压直流电缆电场和温度场分布的影响

高压电缆电场和温度场分布是绝缘层厚度设计需要重点考虑的因素。该文建立了高压直流电缆电-热耦合仿真模型;测量并分析电缆绝缘层和半导电屏蔽层的电阻特性和导热特性随温度的变化规律;计算绝缘层厚度对电缆电场和温度场的影响规律,讨论了载流量和敷设方式对不同绝缘层厚度电缆温度场分布的影响。实验结果表明,随着温度的升高(25~90℃),XLPE电阻率下降2~3个数量级,半导电屏蔽层则由21.4Ω·cm增加至75.5Ω·cm;整体上,半导电屏蔽层导热系数约为绝缘层的两倍。将实验参数代入仿真模型,发现绝缘层厚度从20mm增加至35mm时,绝缘层内侧电场降低约34%,绝缘层内外温差增加约54%;随着载流量的增加,绝缘层温差由800A的3.5℃增加到2400A的31.4℃;三种敷设方式散热效率由高至低依次为隧道敷设、直埋敷设和管道敷设。