专利名称：利用太阳电池片探测空间污染环境的飞行试验装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种利用太阳电池片在轨探测空间污染环境的飞行试验装置及方法，特别是利用镓铟磷太阳电池片的空间污染环境探测。
背景技术：
航天器在轨运行期间，会受到空间诱发污染环境(航天器用非金属材料放气导致的分子污染、航天器发动机羽流污染等)的影响，其热控、电源、光学敏感器件等都会有不同程度的变化，严重时甚至会导致失效。当前，国内做了大量的地面模拟试验仿真等工作，但没有在轨试验数据的支持。因此，在轨探测空间诱发污染效应是一项很重要的工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用太阳电池片探测空间污染环境的飞行试验装置，可以利用该装置探测空间诱发污染环境，为地面模拟试验提供依据，同时为航天器设计阶段提供参考。为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案利用太阳电池片探测空间污染环境的飞行试验装置，主要包括探测器单元和探测电路单元两部分，探测器单元包括太阳电池片一、镓铟磷太阳电池片二、热敏电阻、支架，太阳电池片一、太阳电池片二均通过粘合剂粘贴在支架上，热敏电阻通过粘合剂粘贴在太阳电池片二的背面，支架整体安装在卫星(未示出)表面的向阳面上，探测电路单元包括取样电阻、放大电路、数据采集电路、温度测量电路。探测器单元与探测电路单元之间通过信号线连接，其中热敏电阻通过信号线连接到温度测量电路上，太阳电池片一的输出电压直接连接到放大电路上，太阳电池片二的电流通过取样电阻后得到电压，再被放大电路放大，数据采集电路将这一电压采集并转换成数字量，与温度测量电路的结果一并通过卫星(未示出)下传到地面采集系统。其中，上述太阳电池片为镓铟磷电池片。优选地，所述粘合剂为⑶414粘合剂。本发明中利用此装置探测空间污染环境的方法，主要包括以下步骤I)将上述装置设置在航天器上并将其与航天器的遥测系统进行相应的电连接；2)通过航天器遥测系统与地面的双向通信获得受测太阳电池片的电压数据、温度、光照角(太阳电池片表面法线与太阳光入射方向的夹角)；3)利用相同的太阳电池片在地面进行不同污染量的试验，获得太阳电池片在不同污染量作用下开路电压值、短路电流值的变化关系式v = e-aTV0,I = (dtIci，式中，V、、分别表示污染前后太阳电池开路电压的变化值；1、Itl分别表示污染前后太阳电池短路电流的变化值，a常数，不同污染物对应不同的系数，该系数通过试验获得，T表示污染量，g/cm2;4)根据太阳电池片开路电压、短路电流随温度的变化曲线，计算得到在轨道温度下的理论初始开路电压、短路电流；根据光照角与太阳电池开路电压、短路电流的关系，计算得到在轨道条件下的开路电压、短路电流；5)根据轨道测量的开路电压、短路电流数据以及计算得到的初始开路电压、短路电流的数据，计算得到空间污染量。本发明与现有技术相比的优点在于该发明中的飞行试验装置结构简单，功耗低，非常适合于飞行搭载试验。
图I是本发明的太阳电池片探测空间污染环境的飞行试验装置示意图。其中，I为镓铟磷太阳电池片I ;2为镓铟磷太阳电池片2 ；3为热敏电阻；4为支架；5为取样电阻；6为电压放大电路；7为温度测量电路；8为数据采集电路。
具体实施例方式以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式
，下面通过具体实施方式
对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式
只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。参照图1，本发明的太阳电池片探测空间污染环境的飞行试验装置利用太阳电池片探测空间污染环境的飞行试验装置，主要包括探测器单元和探测电路单元两部分，探测器单元包括镓铟磷太阳电池片一(I)、镓铟磷太阳电池片二(2)、热敏电阻(3)、支架(4)，太阳电池片一(I)、太阳电池片二(2)均通过粘合剂粘贴在支架(4)上，热敏电阻(3)通过粘合剂粘贴在太阳电池片二(2)的背面，支架(4)整体安装在卫星(未示出)表面的向阳面上，探测电路单元包括取样电阻(5)、放大电路￠)、数据采集电路(8)、温度测量电路(7)。探测器单元与探测电路单元之间通过信号线连接，其中热敏电阻(5)通过信号线连接到温度测量电路(7)上，太阳电池片一⑴的输出电压直接连接到放大电路(6)上，太阳电池片二(2)的电流通过取样电阻(5)后得到电压，再被放大电路(6)放大，数据采集电路(8)将这一电压采集并转换成数字量，与温度测量电路(7)的结果一并通过卫星(未示出)下传到地面采集系统。本发明中利用此装置探测空间污染环境的方法，主要包括以下步骤I)将上述装置设置在航天器上并将其与航天器的遥测系统进行相应的电连接；2)通过航天器遥测系统与地面的双向通信获得受测太阳电池片的电压数据、温度、光照角(太阳电池片表面法线与太阳光入射方向的夹角)；3)利用相同的镓铟磷太阳电池片在地面进行不同污染量的试验，，获得太阳电池片在不同污染量作用下开路电压值、短路电流值的变化关系式V = e-aTV0, I = ^dtIci，式中，V、Vtl分别表示污染前后太阳电池开路电压的变化值；1、Itl分别表示污染前后太阳电池短路电流的变化值，a常数，不同污染物对应不同的系数，该系数通过试验获得，例如其经验值为200-1000, T表示污染量，g/cm2 ；4)太阳电池片的开路电压和短路电流都具有预定的温度系数，即温度变化1°C开路电压和短路电流的变化量，根据太阳电池片开路电压、短路电流随温度的该变化关系，计算得到在轨道温度下的理论初始开路电压、短路电流；太阳电池片的开路电压和短路电流都具有预定的光照角变化系数，即光照角改变I度开路电压和短路电流的变化量，根据光照角与太阳电池开路电压、短路电流的该变化关系，计算得到在轨道条件下的开路电压、短路电流；5)根据轨道测量的开路电压、短路电流数据以及计算得到的初始开路电压、短路电流的数据，再利用V = e-aTV0, I = e-aTI0反推计算得到在轨条件下的空间污染量。尽管上文对本发明的具体实施方式
给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，本领域的技术人员可以依据本发明的精神对上述实施方式进行各种等效改变 和修改，其所产生的功能作用在未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明保护范围之内。
权利要求
1.利用太阳电池片探测空间污染环境的飞行试验装置，主要包括探测器单元和探測电路单元两部分，探测器单元包括太阳电池片一、镓铟磷太阳电池片ニ、热敏电阻、支架，太阳电池片一、太阳电池片ニ均通过粘合剂粘贴在支架上，热敏电阻通过粘合剂粘贴在太阳电池片ニ的背面，支架整体安装在卫星表面的向阳面上，探測电路单元包括取样电阻、放大电路、数据采集电路、温度測量电路。探测器单元与探測电路单元之间通过信号线连接，其中热敏电阻通过信号线连接到温度测量电路上，太阳电池片ー的输出电压直接连接到放大电路上，太阳电池片ニ的电流通过取样电阻后得到电压，再被放大电路放大，数据采集电路将这ー电压采集并转换成数字量，与温度测量电路的结果ー并通过卫星下传到地面采集系统。
2.如权利要求I所述的装置，其中，所述太阳电池片为镓铟磷电池片。
3.如权利要求I或2所述的装置，其中，所述粘合剂为GD414粘合剤。
4.利用权利要求1-3任一项所述装置探测空间污染环境的方法，主要包括以下步骤 1)将权利要求1-3任一项所述的装置设置在航天器上并将其与航天器的遥测系统进行相应的电连接； 2)通过航天器遥测系统与地面的双向通信获得受测太阳电池片的电压数据、温度、光照角； 3)利用相同的太阳电池片在地面进行不同污染量的试验，获得太阳电池片在不同污染量作用下开路电压值、短路电流值的变化关系式V = e-aTV0,I = e_°TI。，式中，V、、分别表示污染前后太阳电池开路电压的变化值；I、Itl分别表示污染前后太阳电池短路电流的变化值，a常数，不同污染物对应不同的系数，该系数通过试验获得；T表示污染量，g/cm2; 4)根据太阳电池片开路电压、短路电流随温度的变化曲线，计算得到在轨道温度下的理论初始开路电压、短路电流；根据光照角与太阳电池开路电压、短路电流的关系，计算得到在轨道条件下的开路电压、短路电流； 5)根据轨道测量的开路电压、短路电流数据以及计算得到的初始开路电压、短路电流的数据，再利用V = e-aTV0, I = e-aTI0反推计算得到空间污染量T。
全文摘要
本发明公开了一种利用太阳电池片探测轨道空间污染环境的装置，两太阳电池片通过粘合剂粘贴在支架上，热敏电阻通过粘合剂粘贴在太阳电池片的背面，支架整体安装在卫星表面的向阳面上，热敏电阻通过信号线连接到温度测量电路上，太阳电池片的输出电压直接连接到放大电路上，另一太阳电池片的电流通过取样电阻后得到电压，再被放大器电路放大，数据采集电路将这一电压采集并转换成数字量，与温度测量电路的结果一并通过卫星下传到地面。此外提出了一种利用该装置探测轨道空间污染环境的方法。与现有技术相比，本发明的飞行试验装置结构简单，功耗低，非常适合于飞行搭载试验。
文档编号G01N27/00GK102768226SQ201210266768
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月31日 优先权日2012年7月31日
发明者于钱, 代佳龙, 刘庆海, 张艳景, 易忠, 李娜, 杨东升, 臧卫国, 院小雪 申请人:北京卫星环境工程研究所