国外小天体探测器电源系统设计分析

朱立颖 刘治钢 张晓峰

(北京空间飞行器总体设计部，北京 100094)

从1958年美国发射第1个月球探测器先驱者0号开始，人类开展深空探测任务已经有60年的历史，共发射了200多个探测器，涵盖月球、各大行星、小行星、彗星及太阳等多个探测目标。行星、太阳和小天体的探测作为重要的发展方向，从20世纪90年代开始，以小天体为目标的探测活动日益增多，成为深空探测领域备受关注的热点，并获得了较为丰硕的成果。

国际上小天体(主要指小行星和彗星)探测已有30多年，美、欧、日先后完成了标志性的任务，如日本隼鸟号(Hayabusa)[1]、欧洲罗塞塔(Rosseta)[2]及美国黎明号(Dawn)[3]等。小天体探测任务也逐渐由“飞越探测”向“绕飞-附着-采样”直至“偏转-操控-利用”方向发展。随着探测任务的复杂、探测距离的增加，电源系统作为探测器的“心脏”，其电能供应的需求也大幅度的提高。小天体探测器多采用电推进作为主推进器。电推进负载具有功耗大、母线电压高及工作模式多样等特点，对电源系统的设计提出了新的需求和挑战。目前，电源系统常用的拓扑结构包括顺序开关分流调节器(S3R)、串联型顺序开关分流调节器(S4R)[4]、最大功率点跟踪(MPPT)[5]等。其中：S3R和S4R拓扑的电路形式简单可靠、效率高，技术相对成熟；MPPT拓扑串联了开关调节，能够实现对太阳电池发电功率的最大利用。

我国小天体探测器的电源系统研究工作起步较晚，可借鉴以美国、日本为代表的国外小天体探测器电源系统的设计、研制经验。本文对上述几个小天体探测器的电源系统设计进行了介绍和分析，结合我国电源系统的发展现状，提出我国小天体探测器电源系统设计的关键技术，给出了发展建议。……