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空间站与深海探测UPS系统.docx
资料介绍
空间站与深海探测UPS系统
引言
空间站、深海探测器和极地科考站等极端环境下的供电保障，是UPS技术最具挑战性的应用场景。这些场景的共同特点是：远离常规电网、环境条件极端（真空、高压、低温、辐射）、设备维护极为困难（空间站每90分钟绕地球一圈，深海探测器下潜数千公里，维护窗口极短甚至无法维护）以及供电可靠性要求极高（任何供电故障都可能导致任务失败和人员伤亡）。空间站和深海探测UPS系统需在极端环境条件下可靠运行，同时满足体积、重量和效率的严格要求。本文从空间站和深海探测的特殊供电需求出发，系统阐述极端环境UPS系统的技术要求和解决方案。
空间站UPS系统
空间站供电环境
空间站运行在近地轨道（约400km高度），供电环境具有以下特点：微重力（重力加速度约10^-6g，对散热系统的对流换热有显著影响，散热需采用辐射散热或强制对流散热）、真空（真空度约10^-5Pa，电气设备的绝缘和散热需特殊设计，防止真空放电和过热）、辐射（空间辐射包括银河宇宙射线、太阳质子和地球辐射带，对电子元器件的辐射损伤需采用抗辐射加固设计）以及温度循环（空间站每90分钟绕地球一圈，经历一次从-150°C（阴影区）到+120°C（光照区）的温度循环，热循环次数每年约5840次，对电气设备的热疲劳寿命要求极高）。
空间站UPS技术要求
空间站UPS需满足以下技术要求：高可靠性（空间站UPS的MTBF要求>100万小时，因为空间站维修困难，宇航员出舱维修的风险和成本极高，UPS需采用三冗余（Triple Modular Redundancy, TMR）架构，确保任何单点故障不影响系统功能）、抗辐射能力（空间站UPS的电子元器件需采用抗辐射加固设计，包括辐射加固的FPGA/DSP、抗辐射MOSFET和屏蔽封装，总剂量（TID）耐受能力需达到100krad(Si)以上，单粒子效应（SEE）的失效率需低于10^-10次/器件/天）以及高效率和小体积（空间站UPS的效率要求>98%，减少热排放对空间站热控系统的负担，功率密度要求>5kW/L，减少空间站宝贵空间的占用）。
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