[发明专利]一种航天器交会对接并网供电的无线电能及信号传输系统

说明书

本发明公开一种航天器交会对接并网供电的无线电能及信号传输系统，通过在航天器交会对接机构上配置一组或若干组无线电能传输单元，每组传输单元由电能发送装置和电能接收装置组成，采用基于电磁感应原理的技术实现电能及信号的无线传输，在传输相同功率的条件下，系统的重量、尺寸与有线电能传输方式相当，效率大于85％，高于有线传输方式。可解决传统电连接器供电模式存在的对接精度要求高，对接接口设计复杂，触点金属裸露、存在打火隐患等问题。

技术领域

本发明属于航天器电源技术领域，涉及一种无线并网供电装置。

背景技术

现有航天器交会对接时的并网供电是通过一台并网控制器和4套浮动电连接器的有线电能传输方式来实现。并网供电时首先通过安装在对接结构周边的4个电路浮动断接器实现两个航天器的电气连接，每个电路浮动断接器的芯数为55芯，其外包络尺寸为37.5mm×37.5mm，连接器插合时的粗定位由对接机构完成，精确定位由连接器自身导向结构完成；然后并网控制器工作实现两个航天器之间母线电压的匹配及功率传输，传输功率为500W，传输效率约为80％。由于该方式通过电连接器插针、插孔对接实现二个航天器之间的并网供电，对航天器器间对接的控制精度要求很高，多次交会对接的情况下，容易发生电连接器插针、插孔损坏；电连接器卡死无法断开；此外由于电连接器的金属插针是裸露的，存在打火隐患及金属腐蚀的问题。

“高效率远距离激光无线能量传输方案设计”(程坤等，航天器工程第24卷第1期，2015年2月)、“激光无线能量传输技术应用及其发展趋势”(李向阳等，航天器工程第24卷第1期，2015年2月)2篇文献中提出一种用于航天器间激光无线能量传输系统，可以避免上述有线电能传输存在的缺点。但该系统存在以下几点问题：1、系统组成单元多，控制复杂。系统由能量发射机和能量接收机组成，能量发射机包括能量激光器、发射天线、发射端转台、发射端转台伺服单元、发射端主控计算机和发射端数据中继单元。能量接收机包括光电转换模块、接收端转台、接收端转台伺服单元、蓄能电池模块、接收端主控计算机和接收端数据中继单元。2、系统的传输功率和效率较低，传输功率小于50W，效率小于20％。3、传输相同功率的条件下，系统的重量重和尺寸大。该系统无法满足航天器交会对接时的并网供电需求。

现有技术中未提出涉及航天器的无线电能传输的相关内容，所提出的无线通信系统仅用于实现单个卫星内部的信号传输，不涉及二个航天器间的信号传输。

发明内容

本发明所解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供了一种航天器交会对接并网供电的无线电能及信号传输系统，采用基于电磁感应原理的技术实现电能的无线传输，在传输相同功率的条件下，系统的重量、尺寸与有线电能传输方式相当，效率大于85％，高于有线传输方式；可解决传统电连接器供电模式存在的对接精度要求高，对接接口设计复杂，触点金属裸露、存在打火隐患等问题。

本发明所采用的技术解决方案：一种航天器交会对接并网供电的无线电能及信号传输系统，包括：N组无线电能传输单元；无线电能传输单元包括无线电能发送器、无线电能接收器；每个无线电能发送器分别与一个无线电能接收器对应；其中，N为正整数；

无线电能发送器包括高频逆变电源、原边线圈及谐振补偿电路、原边控制电路；高频逆变电源将服务航天器母线提供的直流电压u_dc1变换为高频的交流电压u_ac1，并实现交流电压u_ac1的频率f₁和有效值U_ac1的调节；原边线圈及谐振补偿电路将高频逆变电源的输出交流电压u_ac1转换为原边线圈中的高频电流i_ac1，驱动原边线圈产生高频磁场并向无线电能接收器提供高频能量，实现电能发送；原边控制电路接收服务航天器数管系统发送的指令，实现高频逆变电路的启动/停止控制；原边控制电路实现对高频逆变电源的控制、故障保护控制、信号采集、与服务航天器的有线通信及与无线电能接收器的无线通信；