[发明专利]一种航天器电池板热控保护膜

说明书

本发明公开了一种近距离探测太阳活动航天器的电池板热控保护膜，覆盖在电池板的被照表面，旨在提供一种对太阳辐射反射率高、吸收率低，热防护能力强的航天器电池板热控保护膜。它包括高透光玻璃基层，设置于高透光玻璃基层表面的金属膜层，以及设置于金属膜层表面的透明氧化铝陶瓷膜层。本发明适用于距离太阳表面小于10倍太阳半径的圆形轨道航天器电池板的热防护。

技术领域

本发明涉及太阳能电池板热控技术领域，尤其是涉及一种近距离探测太阳活动航天器的电池板热控保护膜。

背景技术

地球生物几乎所有的活动都依赖来自太阳的能量，太阳上的任何活动与变化，都在以各种各样的方式影响着人类生活与周边环境的安全。随着无线通信、卫星导航、互联网等现代高科技系统的广泛应用，太阳耀斑、日冕物质抛射等太阳爆发产生的高能带电粒子对人类生活的影响越发明显，类似“卡灵顿事件”、“1989魁北克事件”等强太阳活动事件会严重影响现代人类生活乃至生存质量。为应对强烈太阳活动未来对人类的潜在影响，需要对太阳活动规律进行越来越严密监测研究并提前预警。

美国东部时间2018年8月12日3：31am，美国帕克航天器(Parker Solar Probe，简称PSP)在Florida Caraveral肯尼迪航天中心发射升空，将穿过太阳的日冕层，探索太空探测器从未探测过的区域，对日冕和太阳风的起源和动力学特征进行直接探测，有望破解日冕高温之谜及太阳风奇高的加速度这两大谜团，其热防护系统遇到的困难和挑战远超以前所有航天器。PSP在远日点位于金星附近，近日点距离日心约9.5个太阳半径的小倾角椭圆轨道上运行。PSP 7次利用金星的引力助推来逐渐靠近太阳，第一轨时，探测器近日点为35个太阳半径，接受到的太阳光强相对较低。最后一轨的近日点为9.5倍太阳半径，远日点0.73AU，轨道与黄道面的夹角为3.4度，周期为88天。一共有24次机会接近太阳，距离日心小于10倍太阳半径的近日区域内总共停留约20小时，占整个飞行任务时间的百分之一左右。当探测器与日距离降到10倍太阳半径以内时，该处的太阳辐照度是地球附近太阳辐照度的约484倍。

PSP的太阳能电池板在超强太阳辐射下需要提供足够的发电量，又不被烧坏。PSP采用了一种能减轻紫外线降解的传统太阳能电池板，其两个太阳能电池板总面积约1.55平方米，可闭环控制倾斜角，倾斜角为电池板表面法线与探测器中心轴线的夹角。离太阳较远时，电池板全部暴露在太阳光照下；距离较近时，调整倾斜角度，只剩余足够的电池板面积吸收太阳能以供电；距日最近时，只有小部分电池板处于半阴影区，用于发电。距日最近时，电池板每产生1瓦电，就会产生约13瓦的热量。PSP最大耗电功率约462瓦特，最大需要冷却6000瓦特的热量。太阳能电池板工作温度不能超过150℃，在自动化控制倾斜角基础上，PSP仍配备了复杂的水冷系统进一步降低电池板温度。电池板顶部是钢化玻璃盖板，电池片底部焊接有电绝缘且导热良好的陶瓷传热体，陶瓷体通过导热粘合剂连接到背板上。热量通过陶瓷传热体从电池片转移到背板上，然后传给背板水冷管道的冷却水。泵驱动冷却水循环流动，冷却水吸收电池板热量后流经辐射制冷器，把热量辐射到宇宙空间。越复杂的系统越脆弱，出现问题的可能性也越高，复杂水冷系统也降低了PSP热控系统的可靠性。

欧洲的Solar Orbiter航天器也采用了椭圆形轨道，近日点设计在50个太阳半径附近，远日点在300个太阳半径之外，距日距离远小于帕克航天器。其太阳能电池阵列可以围绕其中轴旋转，闭环控制倾斜角降低电池板上的太阳辐照度，以避免靠近太阳时过热。由于Solar Orbiter的距日距离远小于帕克航天器，其电池板没有配备水冷系统。