临近空间太阳能航空电源系统技术及其应用前景-王顺

临近 空间 太阳能 航空电源系统 技术 及其 应用前景 上海太阳能工程技术研究中心有限公司 Shanghai Solar Energy Research Center Co., Ltd. 汇报人：王 顺 引言 临近空间飞行器 应用 前景 目录 提纲 临近空间太阳能航空电源技术 引 言 引言 平流层是对流层顶端到海平面以上 50km处之间的大气 层 ， 其质量约占大气总质量的 1/4。临近空间（平流层） 在 20km高度以内 ， 气温不随高度变化 ， 保持在 216.65K；在 20km～ 32km 之间 ， 气温则随高度上升 。 平流层中几乎 没有水汽凝结 ， 没有雷雨等气象 ， 也没有 大气的上下对流 ， 只有水平方向的流动 ， 故称平流层 。 20km-50km 引言 临近空间（平流层）飞行器 LTA飞行器 HTA飞行器 平流层飞艇 平流层高空气球 平流层半可控浮空器 太阳能平流层飞机 平流层无人机 高超音速飞行器 (HCV) 太阳能临近空间飞行器的研发 引言 能源、动力设计结构设计 电源系统设计 总体设计 太阳能 临近空间飞行器航空电源系统设计应结合其自身特点 ， 在充分 利用 循环能源 的同时 ， 引入 模块化设计 思想 ， 增加其可靠性与可扩展性 。 太阳能应用 参与研制的 “ 彩虹 ” 某系列 太阳能平流层无人机 参与研制的 太阳能平流层飞艇 临近空间太 阳能航空电 源技术 临近空间太阳能航空电源技术 临近空间太阳能航空电源 技术 临近空间半刚性太阳电池阵技术 宽温锂离子电池技术 临近空间电源系统控制技术 参与 研制 的 “ 彩虹 ” 某系列 太阳能平流层 无人机电源系统联试 太阳能 平流层 无人机 电源 系统设计 临近空间太阳能航空电源技术 临近空间半刚性太阳电池阵技术 薄硅电池 临近空间飞行器如大弦展比无人机机翼以 及平流层飞艇飞艇囊体表面大多为弧面结 构，要求 太阳电池具备一定可弯曲度 ，薄 硅太阳能电池弯曲程度好，同时其 光电转 化率则能达到 20%～ 21.5%。 半刚性结构 为保障电池阵安全性，将电池阵做成半刚 性形式。其中柔性部分设计是为了更加与 弧面贴合，刚性部分为了保障薄硅电池的 安全性，整个临近空间航空用半刚性电池 阵特点是 轻量化、高强度 。 临近 空间半刚性太阳电池阵在 白天 光照期为系统提供能量，输出的功率除 满足白天任务功率消耗外，还应具备为 蓄电池组进行充电的功率，满足飞行器 夜间 的功率需求； 作用 平流层无人机用薄硅太阳电池阵 临近空间太阳能航空电源技术 安全性 可靠性 作用 宽温锂离子电池技术 太阳能 临近空间飞行器航空电源 系统用锂离子蓄电池要求具有 高能量 密度以减轻储能系统的重量 、 安全性 可靠性高、良好的低温特性 ，同时具 有较高的 一致性 以便于筛选组合和电 池的控制管理。 宽温锂离子 电池 及 壳 体 实现 产品 高 能量密度、高耐候性 、抗 冲击 等 要 求 ， 产品循环充放电次数高、安全 可靠等性能。 临近空间环境下飞行器内部的环境温 度较低，因此有必要对蓄电池组进行 加热保温处理。这就要求 锂离子蓄电 池具有良好的低温特性 ，以降低环控 所需的 功率。 平流层无人机用宽温锂电池组 临近空间太阳能航空电源技术 供电系统 控制 作用 临近空间电源系统控制技术 电源 控制部分是临近空间航 空电源系统分系统的控制核心， 包括 供电系统的电源控制器 和 配 电系统的设备配电器 两部分。 电源 控制器采用 分布式 MPPT 控制 方式，分为若干个电源控制 模块，电源控制模块与飞控机通 讯。 设备配电由 高压直流母线直接变 换成低压直流 ，同时具备对相关 用电设备的供电控制，与飞控机 通讯。 配 电系统 控制 平流层无人机用电源控制器 临近空间 飞行器应 用前景 临近空间飞行器应用 前景 临近 空间飞行器 的 优势 处于 目前战斗机的静升 限 和 轨道飞行器最低高 度之间， 空间无人 飞行 器是这一空间内长时间 执行任务很有前景的一 种选择，其高度处于 绝 大多数地面防空导弹杀 伤区之外 ，且在执行情 报搜集和通信中继任务 时可 有效地实现广域覆 盖 。 将无人飞行器送入平 流层高度比发射卫星 要 快和便宜 ，能在危 机发生时迅速地发射， 并使其 保持在目标地 域上空 ，而低轨道卫 星每天只能在某一时 间段内处于目标地域 上空。 平流层无人飞行器还 在 导弹防御 和 补充卫 星通信 等方面存在巨 大应用潜力。 安全性 廉价性 拓展性 临近空间飞行器应用 前景 预警 探测 主要作用 未来发展 应用领域 凭借 较长的滞空时间 无人机上安装的大型 探测设备，其监视和预警能力将大大超过 普通预警飞机。太阳能平流层预警无人机 的优点就是飞得高看得远， 一般的战斗机 没有其飞得高 ， 防空导弹的射高也无法到 达 ，太阳能平流层预警无人机在他所在的 范围内可 对战机进行导航，给自导导弹输 入攻击数据，或者给弹道导弹提供敌方的 地理位置，还可以作为反导系统的一个中 间环节。 太阳能 平流层预警无人机能够 弥补地面、 空中、高空预警系统的不足，且价格便宜 ， 是增强侦察预警能力的首选装备之一。 太 阳能 平流层预警无人机不仅仅具备 长时间预警的功能， 还将必须具备攻击的 能力 ，即实现发现的同时实现攻击的目的， 而不需要引导截击机实现拦截。 太阳能平流层预警无人机 临近空间飞行器应用 前景 通讯中继 主要作用 未来发展 应用领域 太阳能平流层无人飞艇可以悬停 在指定地域高空，为区域内 作战 部队提供中继通信服务 。 太阳能平流层飞艇作为通信平台与 其他天基、空基或地基中继系统相 比均有显著优势。如与卫星相比， 太阳能平流层无人飞艇 效费比高、 机动性好、易于更新和维护 。 安装导航和定位系统的太阳能平流 层无人飞艇可以提供 战区级的导航 与定位 服务 ，同时也可应用于 民用 应急通讯中继 。 临近 空间 飞艇通讯中继 临近空间飞行器应用 前景 导弹防御 主要作用 应用领域 太阳能 平流层无人浮空器一般由轻型复合材料制成，具有 良好的红外和 雷达隐身 能力 ，且具备长航时以及区域固定的优势， 同时 弥补天基防御持续 性、陆基防御的距离性以及传统航空防御的续航短板 ， 既可用于战区内重点 目标的前沿防空，又 可 同时 执行 空中巡逻、通信联络等任务。采用太阳能无 人浮空器已成为未来导弹防御和空防的一个重要发展趋势。 太阳能 平流层无人浮空器在导弹防 御和防空方面的应用潜力受到各国军 方的重视。 临近 空间 探空气球 临近空间飞行器应用 前景 电子对抗 拓展 应用领域 临近空间飞行器天基攻防 太阳能平流层无人飞行器能利用持 久定点留空和平流层区域的优势承 担 电子对抗和干扰任务 ，或携带高 分辨率的光电 /红外成像、多光谱 成像、雷达成像等监视侦察设备进 行 全天候不间断的实时监控 。战时 太阳能平流层无人飞行器 可为精确 打击武器提供目标指引，战后进行 打击效果的评估 。 凭借巨大的运载能力，太阳能平流层 无人飞行器上 可以安装大量武器系统 ， 从而使其成为高效的空中打击平台。 感谢聆听！