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攻坚克难全球组网 北斗导航卫星电源分系统上海制造

信息来源:dianyuan365.com  时间:2019-01-02  浏览次数:79

今天下午,我国正式宣布北斗三号基本系统完成建设,并开始提供全球服务。时光回溯到2017年11月5日19时45分,北斗三号首发双星在西昌卫星发射中心发射取得圆满成功,开启了北斗卫星导航系统全球组网的新时代,北斗卫星导航系统“三步走”战略进入最后一步。811所在此次型号中承担卫星电源分系统的研制任务,电源分系统由太阳电池、锂离子蓄电池组和电源控制单机组成,2004年起,811所共承担了21颗北斗导航卫星的电源分系统研制工作。

自2010年圆满完成北斗导航一期5颗卫星电源分系统的研制任务后,811所开始启动新一代北斗导航电源分系统的预先研究工作。然而,激烈的任务竞争局面给了他们当头一棒。在总装组织的北斗导航重大专项关键技术攻关任务PK中,811所电源分系统的核心产品电源控制器(以下简称PCU)在任务PK中仅排名第三,后续几十颗组网卫星的电源分系统任务竞争都将陷入极其被动的局面。

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逆水行舟,不进则退。一场卧薪尝胆的技术攻关自此拉开大幕,PCU技术攻关组和锂电池攻关组开始了魔鬼般的产品技术开发、试制、验证、迭代开发、再验证工作。2011年起,PCU攻关组成员从手上仅有的国外类似产品设计特点入手,深入分析型号技术指标要求,为811所的第一台真这个意义上的PCU产品,第一台适合中高轨道的42V电压体制的PCU产品而忘我工作,并在当年10月,在零基础的情况下顺利完成了3台产品的开发和测试,各项技术指标均能够满足要求。在同年PCU竞争单位的产品预验收及现场测试中,811所的PCU电性产品在各项产品测试及后续的上星测试中表现良好,与竞争单位的技术水平基本相当。同时,锂电池产品的性能指标超越其他竞争单位产品。

为满足十年在轨寿命对我国中高轨卫星研制的一大挑战,811所PCU研制团队通过设计和反复试验来达到长寿命的要求,根据鉴定产品测试结果,811所的PCU产品在技术指标全部满足要求的同时,装机元器件的国产化率达99%,为所有单位最高,在充放电效率、负载瞬态特性和重量等方面具有优势。同时该PCU还具有自我诊断治疗的能力,在部分模块出现故障的情况下,可通过指令切换实现故障隔离,继续进行正常电源管理,是名副其实的高效自主PCU产品!

在顺利通过总装组织的产品测试验收之前,811所电源分系统研制团队通过短短的30个月完成了竞争单位高轨PCU产品10年以上的技术积累,完成了811所高轨PCU产品平台跨越式的进步。但这30个月是怎么走过来的呢?11位攻关组成员在这段时间中,基本没有按时地上下班,基本告别惬意的周末,也不记得有过准时的节假日,有的是很多次的深夜讨论,有的是很多次的夜不归家。这段时间,攻关组成员可能对家里的情况不记得,但是一定记得深夜的路灯哪一盏最亮,一定知道哪次的加班餐最合胃口,一定知道节假日的家人对自己有多少责怪……

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2015年7月25日20点29分,811所参与研制的新一代北斗导航两颗卫星成功在西昌卫星发射中心发射升空。随后,811所收到型号总体明确要求年底前完成4颗卫星的交付的任务,同时在2-3年内全部完成后续十几颗星的交付工作,这也为811所的“十三五”规划提供了强有力的支撑。

相比于北斗一号、北斗二号甚至国外的其他导航卫星,北斗三号的独特性为电源分系统的设计带来前所未有的新课题,但均被811所研制人员一一化解了。

为了保证导航服务效果,北斗三号卫星的信号功率相比北斗一号、北斗二号以及国外主流的其他导航系统,要求增加了至少50%,这也就意味着卫星能耗的增加。面对这个难题,电源分系统团队集智攻关,在电源分系统的三个领域均采用了全新设计。

在太阳电池方面,研制人员采用了更高效的太阳能电池片,其转换效率为30%,在初期能发出4000瓦左右的功率,完全满足了整星的需求;在储能电池方面,为了满足总体对电池重量和体积提出的“减重减体积”和长寿命的要求,研制人员首次在北斗导航卫星上采用了大容量高比能锂离子蓄电池,其在轨寿命可达到10年;在电源控制器上,研制人员则使用了高效控制器来控制电池温度,配合30%转换效率的高效砷化镓太阳电池,保证了电源系统在正负超过200度的恶劣太空温度下正常工作,满足了卫星年长期在轨工作的需求。

值得一提的是,北斗三号使用的太阳能帆板,研制人员在考虑基板材料时选择了碳纤维材料,看起来很大的一张板,拎起来却如塑料泡沫板般重量。尽管如此,它的强度却可以跟铝合金的强度媲美。据团队研制人员介绍,为了保证卫星的运行功率,正常情况下卫星会采用好几块这样的太阳帆板,采用碳纤维材料,既保证了最多的太阳能帆板面积,也可以将足够的重量分给其他载荷,这是电源分系统团队历经多次艰辛后的又一项新突破。

(看看新闻Knews记者:汤铭 实习编辑:朱佳明)

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