A review of dynamic analysis on space solar power station

The concept of a space solar power station(SSPS)was proposed in 1968 as a potential approach for solving the energy crisis.In the past 50 years,several structural concepts have been proposed,but none have been sent into orbit.One of the main challenges of the SSPS is dynamic behavior prediction,which can supply the necessary information for control strategy design.The ultra-large size of the SSPS causes difficulties in its dynamic analysis,such as the ultra-low vibration frequency and large fexibility.In this paper,four approaches for the numerical analysis of the dynamic problems associated with the SSPS are reviewed:the finite element,absolute nodal coordinate,foating frame formulation,and structure-preserving methods.Both the merits and shortcomings of the above four approaches are introduced when they are employed in dynamic problems associated with the SSPS.Synthesizing the merits of the aforementioned four approaches,we believe that embedding the structure-preserving method into finite element software may be an effective way to perform a numerical analysis of the dynamic problems associated with the SSPS.

空间太阳能电站统一调度设计及电能管理分析

针对多旋转关节空间太阳能电站(Space Solar Power Station,SSPS),提出一种环形拓扑的电力系统架构。基于功率分层准则对SSPS电力拓扑架构进行设计,提出U1～U7共7个层级、母线电压5000V、功率等级为MW的太阳能电站电力系统。针对分层架构中多太阳电池阵子阵并联(U6层),提出分层功率平衡统一控制策略,对MPPT控制、MPPT控制+稳定直流母线电压混合控制、MPPT算法+下垂稳定直流母线电压混合控制三种控制方法开展仿真分析。结果表明,提出的基于虚拟阻抗的下垂控制策略可以有效调节、分配功率,解决了空间发电站母线电压无法稳定的问题。

空间太阳能电站地球同步拉普拉斯轨道动力学特性

现有关于空间太阳能电站(Space Solar Power Station,SSPS)轨道动力学的研究中,均将其放置于地球静止轨道(Geostationary Orbit,GEO),然而这并非最优的工作轨道。文章提出了一种优于GEO的地球同步拉普拉斯(Geosynchronous Laplace Plane,GLP)轨道。首先,建立了轨道运动模型及影响轨道运动的摄动模型,包括地球非球形引力摄动、日月引力摄动、太阳光压力摄动及微波反冲力摄动;然后,提出了评估空间太阳能电站轨道的3个指标:接收功率、轨道适用性和安全性,并据此分析了GLP轨道相对于GEO的优势。最后,给出了数值仿真算例。结果表明:在发电功率大致相同且满足供电需求的情况下,工作在GLP上的SSPS每年大约能节省用于轨道保持的燃料36 453.4kg。

重型运载火箭发射空间太阳能电站相关技术问题分析

建设空间太阳能电站的工程可实现性很大程度上取决于将其发射入轨的能力。中国正在开展重型运载火箭的可行性方案论证,基于重型运载火箭及其未来发展型号来实现太阳能电站的发射是最具实现性的方案之一。结合构想的空间太阳能电站方案,开展发射方案及任务规划的分析,提出了重型运载火箭和其拓展方案在空间太阳能电站建设任务中的可能应用,以及重型运载火箭在执行空间太阳能电站任务中所需攻关的关键技术。

电磁耦合式无线能量传输技术在空间大功率导电旋转关节的应用

空间大功率导电旋转关节是平台式空间太阳能电站中的关键部件,用于实现电池阵对天线阵的电力传输以及对日跟踪功能。传统的接触式导电旋转关节采用电刷滑环的方式进行功率传输,存在机械磨损以及容易导致空间放电等问题;磁耦合式无线能量传输技术是一个代替传统滑环式输电方式的很好选择。文章在现有空间导电关节技术分析的基础上,提出了一种基于电磁耦合式空间大功率导电关节的方案并进行了初步的设计,该方案可以满足空间太阳能电站的长寿命和高可靠性的需求,可作为未来空间大功率电力传输技术的新方向。

空间太阳能电站分级分体式控制方式初探

空间太阳能电站具有大尺度、大柔性的结构特性,由于分段组装及模块化设计,其执行机构和敏感器又具有分散布设的特点。针对电站结构中电池阵对日定向、天线阵对地定向和天线阵型面保持等控制精度差距较大、控制难度不一致的任务需求,提出同时满足不同结构控制精度并能实现燃料最优的控制系统设计准则。通过分析超大尺度空间结构在环境力矩以及对接组装过程中出现的振动现象,说明了电站控制的特殊性。借鉴分布式控制、多操纵面控制、带有活动部件的多体航天器姿态控制等控制方法,提出了适用于空间太阳能电站姿态轨道振动一体化控制的分级分体式控制方式,给出一种利用结构物理隔断实现不同结构单元隔振减振的建议。将其应用于空间太阳能电站姿态轨道控制系统中,将有可能减小控制难度,减少燃料消耗,提升控制冗余。

空间太阳能电站用于热带气旋调控初探

为了减少热带气旋(TC)灾害,针对空间太阳能电站(SSPS)可用于主动调控热带气旋的创新应用,文章从美国气象学家Ross N. Hoffman已做的数值模拟出发,初步探讨了用空间太阳能电站调控热带气旋的三大关键技术。研究综述结果可概括为三大关键技术:针对TC调控数值模拟技术的有效性和准确性,SSPS主流设计的微波热辐射系统,激光诱导云播种系统。研究结果说明SSPS调控TC可行且能达到如下目标:减少灾害损失;降低数万人痛苦;发电。

一种空间超大型可展开柔性聚光器

面向空间太阳能电站(SSPS)对大口径太阳能聚光器的应用需求,提出一种超大型、轻量化、高精度的空间可展开柔性聚光器的新构型。采取理论建模、计算仿真、优化设计相结合的方法对其抛物面构型原理、展开机构折展原理、展开态结构稳定性、动态聚焦精度等问题进行研究,并完成大口径可展开柔性聚光器的设计。提出了基于多层弹性花瓣镜体复合结构的大口径柔性聚光器优化创新设计方法。由于采用薄板柔索结构,本聚光器具有精度高、展收体积比大、质量轻、在线控制简单等优点,为空间太阳能电站千米级聚光器提供一种创新设计方法。