专利名称：一种利用航天器大气制动过程气动热的温差发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及航天器总体设计技术领域，具体地，是指ー种利用航天器大气制动过程气动热的温差发电系统。
背景技术：
太阳系内的各大行星探測一直是人类深空探測的主要任务。但是由于距离遥远，航天器往往需要携帯充足的推进器燃料，保证航天器能够达到任务要求的轨道并維持一定的时间。大气制动技术的提出和应用可以大大減少行星探测航天器变轨所需的燃料消耗，降低航天器的发射成本。大气制动就是利用目标行星的环绕大气对航天器的阻力作用，减小航天器的轨道半长轴和偏心率，使其变成或接近任务要求的环目标行星轨道。在太阳系里，除了水星以外的其它行星都有大气层，因此，在太阳系范围内的行星探测任务中，大气制动技术是很有实际意义的。 第一次成功应用大气制动技术是在1993年的“麦哲伦”金星探测任务中，在70天时间里通过750次的金星大气穿越，将捕获轨道的偏心率从O. 3降低到O. 03。在火星探測任务中，第一次应用大气制动技术是1997年的“火星全球勘测者”号，它把火星捕获轨道的轨道周期从45小时降低到大约2小吋，总共节省了大约1200m/s的速度増量。第二次应用火星大气制动技术是2001年的“火星奥德赛”号，在该任务中大气制动总共节省了大约1100m/S的速度増量。几次成功的任务应用表明，大气制动技术对于火星探测任务的价值极大。在这些任务中，大气制动技术极大程度地减少了航天器的发射成本，具有重大的价值。在大气制动过程中，高速飞行航天器与行星大气摩擦产生气动热，航天器表面热流率达到几千瓦每平方米，表面温度会上升至上百摄氏度。同时为了保证航天器内部元器件的正常运行，采用各种主动和被动的热控方式，使航天器舱内温度維持在常温状态(通常是10 20°C)。因此航天器内外温差将达到几十度，甚至上百度。但是，温差并没有很好的利用。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提出ー种利用航天器大气制动过程气动热的温差发电系统，本发明利用温差来发电，并且储存起来，在必要的时候提供给航天器部分的电能需求。当在距离太阳较远的行星探测任务，太阳电池阵所能提供的电源功率较少，因此利用航天器大气制动过程中产生的气动热温差发电具有很大的应用价值。ー种利用航天器大气制动过程气动热的温差发电系统，包括温差发电块、金属导热层、蓄电池组和电源控制单元；温差发电块、金属导热层固定在航天器主舱外，蓄电池组和电源控制单元固定在航天器主舱内；温差发电块固定在与来流大气接触的航天器主舱壁上，温差发电块的外面包络金属导热层，金属导热层与来流大气摩擦升温，形成热端，温差发电块与航天器主舱接触的面形成冷端，温差发电块产生电流，温差发电块的供电输出端ロ的正极、负极分别与蓄电池组的正极、负极相连，对蓄电池组充电；蓄电池组与电源控制单元相连，通过电源控制単元对航天器的用电设备供电。本发明的优点在于(I)有效利用大气制动过程气动热进行发电；(2)弥补航天器处于太阳辐射较弱区或阴影区的供电问题；(3)减弱迎流面局部气动热累积对航天器表面材料的损害；(4)该供电系统简单、可靠，且适用性強。
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图I为本发明的系统结构示意图。图中I-航天器主舱2-温差发电块3-金属导热层4-蓄电池组5-电源控制单元 6-隔热层7-热导管8-主动热控设备 9-散热窗ロ10-航天器主舱壁11-太阳电池阵12-来流大气
具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本发明作进ー步的详细说明。本发明是ー种利用航天器大气制动过程气动热的温差发电系统，如图I所示，包括温差发电块2、金属导热层3、蓄电池组4和电源控制単元5。航天器主舱I上安装有太阳电池阵11，航天器主舱I相对于来流大气12具有相对速度V，部分航天器主舱壁10被太阳电池阵11挡住，不与来流大气12接触，温差发电块2固定在与来流大气12接触的航天器主舱壁10上，温差发电块2包括若干个发电块，发电块以串联或并联方式连接排列，温差发电块2的外面包络金属导热层3，金属导热层3与来流大气12摩擦升温，形成热端，温差发电块2与航天器主舱I接触的面形成冷端；由于金属导热层3和航天器主舱壁10存在温差，温差发电块2产生电流，温差发电块2的供电输出端ロ的正极、负极分别与航天器主舱I内的蓄电池组4的正极、负极相连，对蓄电池组4充电。蓄电池组4与航天器主舱I内的电源控制単元5相连，通过电源控制单元5对航天器的用电设备供电。航天器内的用电设备包括主动热控设备8、空间探测设备、对地通信设备、姿轨控制単元和喷气反应控制设备等。航天器主舱壁10的内部安装热导管7，将航天器主舱I前部的气动热传导到航天器主舱I的其它部位，并且向空间散发掉，在不与来流大气12接触的航天器主舱壁10上安装隔热层6，隔热层6上设有若干个散热窗ロ 9，本发明中设为3个，主动热控设备8安装在航天器主舱I内部，通过电源控制单元5进行供电，保证航天器主舱I内部的温度維持在常温状态。根据不同的航天器相对于气流速度、不同的大气密度和不同的航天器迎流面积，本发明提出的航天器温差发电系统可以获得不同的电量。相对于气流的速度越大、大气密度越大、迎流面积越大，本发电系统获得的电量越大。这在深空探测任务中具有很大的应用前景，特别是在距离太阳较远的行星探测任务中，由于太阳辐射较弱，太阳电池阵所能提供的电源功率有限，气动热温差发电系统的加入可以增大航天器电源输出功率，提高星载设备的工作能力
权利要求
1.一种利用航天器大气制动过程气动热的温差发电系统，其特征在于，包括温差发电块、金属导热层、蓄电池组和电源控制单元； 温差发电块、金属导热层固定在航天器主舱外，蓄电池组和电源控制单元固定在航天器主舱内；温差发电块固定在与来流大气接触的航天器主舱壁上，温差发电块的外面包络金属导热层，金属导热层与来流大气摩擦升温，形成热端，温差发电块与航天器主舱接触的面形成冷端，温差发电块产生电流，温差发电块的供电输出端口的正极、负极分别与蓄电池组的正极、负极相连，对蓄电池组充电；蓄电池组与电源控制单元相连，通过电源控制单元对航天器的用电设备供电。
2.根据权利要求I所述的一种利用航天器大气制动过程气动热的温差发电系统，其特征在于，所述的温差发电块包括若干个发电块，发电块以串联或并联方式连接排列。
全文摘要
本发明公开了一种利用航天器大气制动过程气动热的温差发电系统，包括温差发电块、金属导热层、蓄电池组和电源控制单元；温差发电块固定在与来流大气接触的航天器主舱壁上，温差发电块的外面包络金属导热层，金属导热层与来流大气摩擦升温，形成热端，温差发电块与航天器主舱接触的面形成冷端，温差发电块的供电输出端口的正极、负极分别与蓄电池组的正极、负极相连，对蓄电池组充电；蓄电池组与电源控制单元相连，通过电源控制单元对航天器的用电设备供电。本发明有效利用大气制动过程气动热进行发电，弥补航天器处于太阳辐射较弱区或阴影区的供电问题，减弱迎流面局部气动热累积对航天器表面材料的损害，供电系统简单、可靠，适用性强。
文档编号H02N11/00GK102664563SQ20121012346
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月24日 优先权日2012年4月24日
发明者徐世杰, 陈统, 马红亮 申请人:北京航空航天大学