本發明涉及航天器安全，具體涉及一種航天器黑匣子全生命周期電源管理系統。

背景技術：

1、近年來，太空作為未來戰略競爭的核心領域，其重要性日益顯著，競爭也愈發白熱化。隨著各國紛紛加大太空探索與利用的力度，戰場邊界正悄然擴展到太空，這使得太空安全局勢愈發嚴峻，成為國際社會關注的焦點。與此同時，隨著人類航天活動的頻繁增加，不僅推動了太空科技的快速發展，也帶來了不容忽視的問題——空間碎片的數量急劇上升。這些碎片在太空中以高速飛行，對航天器的安全運行構成了嚴重威脅，增加了航天任務的風險和成本。

2、此外，太空環境極端惡劣，充滿了各種對航天器不利的因素。溫度的大幅波動、強烈的電磁輻射以及高能粒子輻射等，都對航天器的電子系統和生命保障系統構成了潛在的巨大風險，可能導致系統性能下降、數據丟失甚至設備損壞。這些因素共同作用，使得航天器在軌運行期間面臨著諸多安全隱患，如未能及時應對，可能導致航天器出現故障甚至失效，影響任務的順利完成。

3、航天器在軌道上運行時，依賴于測控系統與地面測控站進行通信，以確保任務的順利進行和航天器的安全。然而，一旦航天器的測控分系統、電源分系統或控制分系統等關鍵部分出現嚴重故障，就可能導致與地面的通信中斷，航天器將陷入“失聯”狀態，地面人員將難以獲取航天器的實時狀態信息，從而錯過修復航天器的最佳時機。同時，由于地面缺乏關于航天器故障的具體數據，如故障發生前后的運行狀態、異常參數等，對故障點的精確定位和原因分析將變得極為困難，進一步增加了修復航天器的難度和時間成本。

4、類比飛機、船舶等裝有“黑匣子”裝置用來記錄運行過程中的數據，用于意外事件發生后分析意外事件發生的原因。對于在軌運行的航天器來說，也需要黑匣子裝置。有別于飛機和船舶等黑匣子裝置，航天器黑匣子在太空中運行，現有其他領域黑匣子裝置難以適用于航天器。航天器黑匣子系統主要用于航天器核心運行參數監測、航天器致命故障檢測、應急通信等功能。

5、申請號為cn202311670630.5的中國專利公開了一種航天器黑匣子系統，包括短報文模塊及其天線、處理器模塊、uhf/vhf通信模塊及其天線、電源管理模塊、分布式體裝太陽電池陣、蓄電池組；如圖1所示。但此專利產品的電源管理模塊仍然應用現有成熟技術，并沒有做出改進，采用了非常簡單且直接加電策略，這就導致其存在以下幾點局限性：

6、一是此專利產品是利用衛星和火箭分離時產生的星箭分離信號先給處理器模塊上電并進入工作狀態，這就導致了在這一階段航天器黑匣子系統的其他各模塊均處于斷電狀態；即此專利產品不支持發射入軌主動段對寄生衛星健康狀態進行監視，僅在星箭分離后才能加電工作；

7、二是此專利產品檢測到寄生航天器關鍵遙測參數異常時，會同時給短報文模塊和uhf通信機加電，未考慮黑匣子自身能源狀況；實際應用中存在黑匣子自身能源無法長時間支持短報文模塊和uhf通信機同時加電工作的局限性。

技術實現思路

1、本發明提供了一種航天器黑匣子全生命周期電源管理系統，其目的在于通過改進航天器黑匣子系統的上電策略和能源管理策略，解決現有技術無法在發射入軌主動段對寄生衛星健康狀態進行監視的問題，也為了解決特殊情況下航天器黑匣子系統工作時間短的問題。

2、為實現上述目的，本發明的技術方案為：

3、本發明提供了一種航天器黑匣子全生命周期電源管理系統，包括母線、若干個太陽電池陣、蓄電池組、母線電壓采樣電路、若干個分流電路和濾波電路，所述太陽電池陣與所述分流電路的數量相同且一一對應；

4、若干個所述太陽電池陣并聯，且分別與所述母線遠離負載的那一端連接；所述母線上設置有精密電阻二，所述精密電阻二靠近負載的那一端通過繼電器開關零與衛星平臺的電源連接；所述母線靠近負載的那一端分別與繼電器開關二的一端、繼電器開關三的一端及繼電器開關四的一端連接，所述繼電器開關二的另一端通過電源變換電路與計算機模塊連接，所述繼電器開關三的另一端通過電源變換電路與北斗短報文模塊連接，所述繼電器開關四的另一端通過電源變換電路與uv測控模塊連接；

5、所述蓄電池組通過繼電器開關一與所述母線連接，所述繼電器開關一與二極管四并聯，所述二極管四的正極與所述母線連接，所述二極管四的負極與所述蓄電池組的正極連接；

6、所述繼電器開關零的通斷由地面指令或衛星平臺控制；所述繼電器開關一的通斷由地面指令或星箭分離信號控制；所述繼電器開關二默認為閉合狀態；所述繼電器開關三及繼電器開關四的通斷由所述計算機模塊控制；

7、所述母線電壓采樣電路一端連接母線，另一端連接一次母線負；所述母線電壓采樣電路與所述分流電路連接，并用于驅動所述分流電路；所述分流電路的一端與所述太陽電池陣的正極連接，另一端連接一次母線負；

8、所述濾波電路一端與母線連接，另一端連接一次母線負。

9、進一步，衛星平臺的電源依次通過繼電器開關零、二極管一和精密電阻一與所述精密電阻二靠近負載的那一端連接。

10、進一步，所述繼電器開關四通過熔斷器三與所述母線連接，所述繼電器開關三通過熔斷器四與所述母線連接，所述繼電器開關二通過熔斷器五與所述母線連接。

11、進一步，所述分流電路包括pwm電路、驅動電路和功率開關，所述功率開關的一端與所述太陽電池陣的正極連接，另一端連接一次母線負；所述pwm電路與所述母線電壓采樣電路連接，所述pwm用于根據母線電壓的變化產生脈沖，進而通過所述驅動電路控制所述功率開關的通斷。

12、進一步，所述濾波電路包括電容一、電容二、熔斷器一和熔斷器二；所述電容一和電容二并聯，所述電容一通過所述熔斷器一與所述母線連接，所述電容一的另一端連接一次母線負；所述電容二通過所述熔斷器二與所述母線連接，所述電容二的另一端連接一次母線負。

13、本發明所達到的有益效果為：

14、本發明支持航天器黑匣子全生命周期電源管理，增加支持主動段工作，延長航天器黑匣子工作時間和適用范圍。

15、本發明改進了上電策略，對于主動段加電工作的寄生航天器，黑匣子系統在主動段也同步上電工作，由寄生航天器供電；在主動段就可以對寄生航天器工作狀態進行實時監視，改進了航天器黑匣子上電策略，使其適用范圍更具有普適性；

16、本發明提出黑匣子系統能源管理策略，使其可以根據自身能源狀態，選擇不同的工作模式，可以延長黑匣子工作時間。

技術特征：

1.一種航天器黑匣子全生命周期電源管理系統，其特征在于：包括母線、若干個太陽電池陣、蓄電池組、母線電壓采樣電路、若干個分流電路和濾波電路，所述太陽電池陣與所述分流電路的數量相同且一一對應；

2.根據權利要求1所述的一種航天器黑匣子全生命周期電源管理系統，其特征在于：衛星平臺的電源依次通過繼電器開關零、二極管一和精密電阻一與所述精密電阻二靠近負載的那一端連接。

3.根據權利要求1所述的一種航天器黑匣子全生命周期電源管理系統，其特征在于：所述繼電器開關四通過熔斷器三與所述母線連接，所述繼電器開關三通過熔斷器四與所述母線連接，所述繼電器開關二通過熔斷器五與所述母線連接。

4.根據權利要求1所述的一種航天器黑匣子全生命周期電源管理系統，其特征在于：所述分流電路包括pwm電路、驅動電路和功率開關，所述功率開關的一端與所述太陽電池陣的正極連接，另一端連接一次母線負；所述pwm電路與所述母線電壓采樣電路連接，所述pwm用于根據母線電壓的變化產生脈沖，進而通過所述驅動電路控制所述功率開關的通斷。

5.根據權利要求1所述的一種航天器黑匣子全生命周期電源管理系統，其特征在于：所述濾波電路包括電容一、電容二、熔斷器一和熔斷器二；所述電容一和電容二并聯，所述電容一通過所述熔斷器一與所述母線連接，所述電容一的另一端連接一次母線負；所述電容二通過所述熔斷器二與所述母線連接，所述電容二的另一端連接一次母線負。

技術總結
本發明涉及航天器安全技術領域，具體涉及一種航天器黑匣子全生命周期電源管理系統；包括母線、若干個太陽電池陣、蓄電池組、母線電壓采樣電路、若干個分流電路和濾波電路，所述太陽電池陣與所述分流電路的數量相同且一一對應；所述太陽電池陣分別與所述母線遠離負載的那一端連接；所述母線的一端分別與繼電器開關二、繼電器開關三及繼電器開關四連接，所述繼電器開關二的另一端通過電源變換電路與計算機模塊連接，所述繼電器開關三的另一端通過電源變換電路與北斗短報文模塊連接，所述繼電器開關四通過電源變換電路與UV測控模塊連接；本發明支持航天器黑匣子全生命周期電源管理，增加支持主動段工作，延長航天器黑匣子工作時間和適用范圍。

技術研發人員：姜連祥,王磊,劉中偉,許培培,徐影,高澤運,李明翔,王菲,潘新龍,周慶瑞,伍攀峰
受保護的技術使用者：山東航天電子技術研究所
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24