随着人类探索太空的不断深入,空间能源的需求日益增长。在砷化镓太阳能电池在空间应用中占据主导地位的同时,新型太阳电池不断涌现。钙钛矿太阳电池作为一种具有巨大潜力的新型太阳电池,因其出色的光电转换效率、可调带隙、高质量比功率和柔性制造等优势,在空间能源领域引起了广泛关注。但在空间应用中钙钛矿太阳电池仍面临稳定性的严峻考验,未来需要进一步的研究和技术突破,以提升其在空间环境中的长期可靠性和稳定性,推动钙钛矿太阳电池在空间领域的广泛应用。

超导技术的应用可以大幅降低运行电压,增加传输电流密度,并通过“零电阻”特性有效降低电力损耗,对于解决大功率电力传输具有重要的意义,对于质量和体积要求苛刻的航天器应用更具发展潜力。在论述空间太阳能电站系统设计现状和国内外二代高温超导电能传输技术的发展现状,以及用于空间太阳能电站的高温超导电缆的可行性基础上,梳理了现阶段制约太空超导电能传输的关键技术,明确了需要进一步研究二代材料临界电流、力学性能、磁场性能等重点内容,为后续实用化工程设计提供参考。

随着航天器对电源系统功率需求的不断增长,提升母线电压以实现更高的功率密度和效率已成为技术发展的关键趋势。在这一背景下,高压功率变换技术作为构建高压大功率电源系统的核心,在航天电源系统中的重要性日益凸显。在综合评述航天器电源系统中高压直流母线DC/DC变换技术的国内外研究进展的基础上,系统梳理了当前高压大功率DC/DC变换器研究面临的主要挑战。对现有的高压功率DC/DC变换技术进行了归纳、分类与比较分析,针对各种技术的特定优势,探讨了它们在不同应用场景下的适用性。最后给出了未来研究的重点方向,旨在为该领域的持续探索提供建议和参考。

作为空间太阳能电站的三大核心技术之一,远距离高效微波能量传输技术始终是各国科学家聚焦的热点。分析了在国际空间无线电规则框架下,特别是在国际电信联盟的研究体系中,与空间太阳能发电站和微波能量传输频率使用相关的规则和法规,研究空间太阳能发电站微波能量传输是否会对其他正常使用微波传输信号的卫星通信造成限制,寻求合法、合理、经济、有效解决空间太阳能发电卫星系统中的频率轨道问题的途径。

空间太阳能电站经过几十年的研究,其概念及相关技术的可行性已获证实,但相比于现有空间任务,空间太阳能电站的建造工程规模更加庞大、涉及的技术面广且难度高,国内外尚未有实际工程应用。目前规划的大型空间太阳能电站的展开尺寸可达千米级,质量可达万吨级,空间太阳能电站的航天运输系统设计是其中关键之一。从空间太阳能电站的发射需求分析出发,结合当前我国大尺寸、大吨位航天运输系统的发展现状,初步提出适用的火箭技术方案和发展建议,为后续发展提供参考。

针对未来我国空间太阳能电站发展,轻质的薄膜太阳电池及柔性太阳电池阵设计与研究将是提高和实现轻量化、高性能发电能力的重要解决手段。通过开发一种复合衬底结构及其一体化工艺方法将薄膜砷化镓太阳电池的衬底厚度降低至15μm,薄膜太阳电池整体面密度低至95g/m²,并开展了电池电性能测试及疲劳测试。此外,面向空间太阳能电站工程化应用,开展了空间高压大功率薄膜太阳电池阵的电池电路设计与分析,为后续全柔性太阳电池阵在空间太阳能电站的应用提供了技术支撑。