QJ 3169-2003 航天器电源功率分配准则.pdf

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1、 QJ中华人民共和国航天行业标准FL 1820 QJ 31692003航天器电源功率分配准则 Distribution criterion for spacecraft electrical power 20030925发布 20031201实施国防科学技术工业委员会发布 QJ 31692003 I前言 本标准的附录A、附录B和附录C为资料性附录。 本标准由中国航天科技集团公司提出。 本标准由中国航天标准化研究所归口。 本标准起草单位：中国航天科技集团公司五院五一部。 本标准主要起草人：陈小霓、韩波、李雨庆、雪亚林。 QJ 31692003 1航天器电源功率分配准则 1 范围 本标准规定了航天

2、器（不包括运载火箭）电源功率的分配准则、分配比例和电源功率分配表的格式。 本标准适用于航天器各研制阶段对用电的各分系统进行电源功率分配。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包含勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GJB 421 卫星术语 3 术语和定义 GJB 421确立的以及下列术语和定义适用于本标准。 3.1 负载不确定裕度 load uncertainty margin 在新型号航天器研制方

3、案阶段，由于条件不具备或其他原因使各仪器设备的功耗存在不确定因素造成的航天器功率要求不确定，分配航天器功率时留有一定的裕度，用百分比表示。 3.2 电源功率设计裕度 design margin for electrical power 对电源分系统的发电装置提出航天器寿命期间的功率要求时所留的裕度，以百分比表示。 3.3 长期负载功率 long period load power 在航天器寿命期间长期用电的负载所需的平均功率。 3.4 短期负载功率 short period load power 在航天器寿命期间短期用电负载所需的功率要求。 3.5 脉冲负载功率 pulse load powe

4、r 工作时间几十毫秒到几百毫秒的用电负载所需的功率要求。 3.6 短期负载占空比 duty cycle for short period load 短期负载在一个轨道圈的工作时间与航天器运行一个轨道周期之比值。 4 电源功率分配准则 4.1 电源功率利用率 为提高航天器电源功率利用率，一般规定如下： QJ 31692003 2a) 除新研制的航天器外，一般不留负载不确定裕度； b) 限制寿命末期航天器功率设计裕度； c) 降低航天器加热器的功率要求，提高自动控温加热器的占空比； d) 优化总体设计，合理安排短期功耗的工作时段、工作时间和功率要求幅度，降低航天器的峰值功耗。 4.2 功耗统计 根

5、据用电特点将航天器负载功率分为长期负载功率、短期负载功率和脉冲负载功率，统计功耗时应遵循下列原则： a) 长期负载功率要求迭加统计； b) 将短期负载在轨道的工作时段尽量错开，按实际工作情况考虑将功率要求迭加，切忌将航天器的全部短期负载功率迭加在一起统计； c) 统计航天器的峰值负载功率时，脉冲负载功率一般不计入； d) 对地球同步轨道的一般通信广播卫星，统计卫星的功率要求时可按转发器在轨道工作时采取的回退方案进行统计。 4.3 DC/DC电源变换器的热功耗 对于自带DC/DC电源变换器的用电负载，统计功率要求时应将DC/DC电源变换器热功耗包含在各分系统的功率要求中。 4.4 供电线路热功耗

6、 除分系统的内部连接电缆、继电器触点、采样电阻外，供电电缆网、电连接器的触点、继电器触点和配电器的分路器产生的热功耗，在功率分配时应统一考虑，可以包含在电源分系统的功率要求中。 4.5 电源功率设计裕度 发电装置和储能装置的功率设计裕度涉及到航天器供电的可靠度，应在分配电源功率时考虑。 5 功率分配 5.1 概述 把不同轨道、不同功用的卫星应按有效载荷对功率要求的特点分为长期供电和短期供电两类卫星进行功率分配；载人飞船因为分系统较多，也较复杂，应单独进行功率分配。 5.2 对有效载荷为长期供电的航天器 对有效载荷在轨道上长期供电的航天器，除部分加热器、控制系统的个别仪器短期工作外，其他的负载供

7、电情况相对稳定，各分系统长期负载功率要求占航天器的功率要求分配比例一般参见附录A中表A.1。 5.3 对有效载荷为短期供电的航天器 对有效载荷为短期供电的航天器，可将负载功率分成长期功率要求和短期功率要求进行统计，然后将有效载荷工作时的峰值功率要求，根据轨道的工作模式在一个轨道圈或几个轨道圈取平均值，与长期负载功率要求迭加，取得航天器负载功率要求的平均值。 根据有效载荷工作时占空比及航天器功率要求级别的不同，各分系统功率要求占航天器的平均负载功率要求的比例一般参见附录A中表A.2。 5.4 飞船 飞船各分系统长期负载功率要求占航天器的功率要求分配比例一般参见附录A中表A.3。 QJ 31692

8、003 35.5 负载不确定裕度 新型号航天器的负载功率要求不确定裕度占航天器负载功率要求的比例应不大于3%。 5.6 电源功率设计裕度 寿命末期电源功率设计裕度一般规定为航天器的负载功率和充电功率之和的5%。 5.7 电源变换器的效率 DC/DC电源变换器的效率视输出功率的大小及备份的方式一般按60%85%考虑。 5.8 蓄电池组放电功率调节器效率 对于全调节母线，所设置的蓄电池组放电调节器的效率视航天器地影功耗的大小，组合效率一般应为90%95%。 5.9 蓄电池组充电功率 对于太阳电池阵/蓄电池组联合供电的电源系统，分配电源功率时应考虑给蓄电池组充电的功率。 对地球同步静止轨道航天器，为

9、充分利用轨道周期资源，充电电流视情况一般规定为蓄电池组的C/20C/10（C为蓄电池组的容量），对于设置两组电池的电源系统，若单翼提供的C/20充电制不能满足蓄电池组的充电要求时，可将两翼的充电电流并联使用。 对有效载荷为短期用电的航天器，应根据电源功率的大小、地影期间及光照期间蓄电池组的放电量、蓄电池组的充电效率、蓄电池组充放电功率调节器的效率、轨道可充电的时间确定蓄电池组的充电制。 5.10 蓄电池组充电功率调节器的效率 对在母线上取电的蓄电池组充电调节器的效率，一般应不小于90%。 6 电源功率分配表格式 6.1 概述 根据第5章对电源功率分配结果，提出对航天器电源的功率要求，并根据卫星

10、电源母线的不同种类及有效载荷的不同工作模式，可选择如下的功率分配表。 6.2 格式一 有效载荷长期供电且用于直播、广播通信、数据中继等类型的静止同步轨道的应用类型卫星，电源功率分配表格式如附录B中表B.1所示。 6.3 格式二 短期供电的有效载荷且采用太阳电池阵作为发电装置的卫星，电源的功率要求估算公式参见附录C。电源功率分配表格式如附录B中表B.2所示。 6.4 格式三 飞船功率分配表格式如附录B中表B.3所示。 QJ 31692003 4附 录 A （资料性附录） 功率分配表 航天器功率分配见表A.1、表A.2和表A.3。 表A.1 有效载荷为长期供电的卫星各分系统功率分配表 部分调节母线

11、 全调节母线 分系统名称 百瓦级 千瓦级以上 百瓦级 千瓦级 万瓦级 有效载荷分系统（%） 6982 7184 6277 6681 7085 测控分系统（%） 23 12 24 24 13 数管分系统（%）3 23 36 26 25 控制分系统（%） 47 47 58 48 37 推进分系统（%） 12 12 12 12 12 热控分系统（%） 812 711 610 58 37 电源分系统（%） 14 14 68 56 56 用电服务系统 用电服务系统占航天器负载功率比例小计（%） 1831 1629 2338 1934 1530 表A.2 有效载荷为短期供电的卫星各分系统功率分配表 平均负

12、载功率 300瓦级 400瓦级 有效载荷占空比（%） 5 10 20 5 10 20 有效载荷分系统（%） 1016 1420 3040 1525 3040 4560 测控分系统（%） 1415 1516 1213 1415 1011 710 数管分系统（%） 1112 1213 1011 1213 89 57 控制分系统（%） 3738 3637 2730 3537 2931 2024 推进分系统（%） 23 23 23 23 23 23 热控分系统（%） 1617 1112 79 1013 912 47 电源分系统（%） 35 45 24 24 24 24 用电服务系统 用电服务系统占航天

13、器负载功率比例小计（%） 8490 8086 6070 7585 6070 4055 平均负载功率 600瓦级 800瓦级 有效载荷占空比（%） 5 10 20 5 10 20 有效载荷分系统（%） 2030 3555 6070 3045 4956 6070 测控分系统（%） 1213 910 56 812 78 35 数管分系统（%） 1011 59 35 58 67 34 控制分系统（%） 2731 1825 1214 2629 2021 1718 推进分系统（%） 23 23 23 23 23 23 热控分系统（%） 1516 914 68 1214 78 36 电源分系统（%） 46

14、24 24 24 24 24 用电服务系统 用电服务系统占航天器负载功率比例小计（%） 7080 4565 3040 5570 4451 3040 QJ 31692003 5表A.3 飞船功率分配表 序号 分 系 统 名 称 发射段 运行段 返回段 备 注 1 测控与通信分系统（%） 1618 1017 912 2 数管分系统（%） 45 45 34 3 制导、导航与控制分系统（%） 2428 1720 2934 4 推进分系统（%） 1113 1012 34 5 热控分系统（%） 67 1113 6 电源分系统（%） 23 57 7 仪表与照明分系统（%） 1012 1113 1821 8

15、应急与救生分系统（%） 0.4 9 回收与着陆分系统（%） 1113 10 环控与生保分系统（%） 1517 1214 1113 11 乘员分系统（%） 34 34 46 12 总体电路（%） 12 12 12 13 有效载荷分系统（%） 34 910 56 14 合计（%） QJ 31692003 6附 录 B （资料性附录） 电源功率分配表格式 电源功率分配表格式一、格式二和格式三分别见表B.1、表B.2和表B.3。 表B.1 电源功率分配表格式一 单位为瓦 转移轨道 地球同步轨道 太阳翼展开后 二分点 分系统名称 主动段 太阳翼展开前 光照 地影 光照 地影 二至点 有效载荷分系统 测控

16、分系统数管分系统 控制分系统推进分系统 热控分系统用电服务系统 电源分系统 用电服务系统小计 航天器负载功率要求 负载不确定裕度 航天器负载功率要求 电源功率设计裕度对发电装置的功率要求 初期 末期 表B.2 电源功率分配表格式二 单位为瓦 分系统名称 长期负载功耗 峰值负载功耗 有效载荷分系统 DC/DC功耗 一次母线功耗 DC/DC功耗 一次母线功耗 测控分系统 数管分系统控制分系统 推进分系统热控分系统 服务系统 电源分系统小计 DC/DC在一次母线上功耗小计 航天器负载功率要求 负载不确定裕度航天器负载功率要求充电功率电源功率设计裕度对发电装置的功率要求 初期 末期 QJ 316920

17、03 7表B.3 电源功率分配表格式三 序号 分系统名称 发射段 运行段 返回段 备注 1 测控与通信分系统 2 数管分系统 3 制导、导航与控制分系统 4 推进分系统 5 热控分系统 6 电源分系统 7 仪表与照明分系统 8 应急与救生分系统9 回收与着陆分系统 10 环控与生保分系统11 乘员分系统 12 总体电路13 有效载荷分系统 14 合计 QJ 31692003 8附 录 C （资料性附录） 功率要求估算公式 有效载荷为短期供电且用太阳电池阵作为发电装置的卫星，整星的功率要求估算推荐公式见C.1。 cbtpppcpc+=SDtPtPPP （C.1） 式中： P航天器所需的负载功率要

18、求，单位为瓦（W）； Pc常值负载功率要求，单位为瓦（W）； pDC/DC电源变换器效率； t卫星最大地影时间，单位为分（min）； Pp卫星峰值负载功率要求，单位为瓦（W）； tp卫星轨道周期，单位为分（min）； Dp有效载荷在一个轨道周期内的占空比； St卫星在一个轨道周期内的光照期时间，单位为分（min）； b蓄电池组充电效率； d蓄电池组放电调节器效率； c蓄电池组充电调节器效率。 注： 该公式仅适合一种电源系统的设计，即卫星峰值功率时太阳电池阵只能支持常值负载，其余所需电能均由蓄电池组补充供电，计算时式中参数可以根据电源系统设计情况调整计算参数。 QJ 31692003 9中华人民共和国航天行业标准 航天器电源功率分配准则 QJ 31692003 * 中国航天标准化研究所出版 北京西城区月坛北小街2号 邮政编码：100830 北京航标印务中心印刷 中国航天标准化研究所发行 版权专有 不得翻印 * 2003年11月出版 定价：11.00元 QJ 31692003