太阳电池阵表面电池和背面电缆均为带电导体，因此会产生感应磁场。太阳电池阵的磁场影响主要体现在整星姿控和整星磁场控制两方面[1]。

在康熙的晚期，花鸟题材只是初现端倪，并没有成为时代主流，仅仅只是起到了给花蕊点缀一下的作用。到了雍正时期，粉彩瓷到达了技术的高峰期，作为粉彩的主要题材的花鸟更是成为最常见的粉彩作品。

太阳电池阵中的带电导体(表面电池和背面电缆)在磁场中(包括感应磁场和地磁场两部分)会产生洛伦兹力，使太阳电池阵产生转动或偏转，从而影响整星的姿态控制。衡量这种偏转或转动大小的量就是太阳电池阵产生的磁力或磁力矩，在进行太阳电池阵设计时，磁力矩对应的量即为剩磁矩。太阳电池阵产生的磁力和磁力矩的大小对所有卫星的姿态控制都具有重要意义。

表征太阳电池阵感应磁场大小的量为磁感应强度。对于一些特殊用途的卫星，尤其是探测地磁场大小的卫星(例如探测双星、**-1等型号)，太阳电池阵磁感应强度的大小会明显地影响探测的磁场精度。因此，在设计中，必须严格控制太阳电池阵磁感应强度的大小。

在太阳电池阵的设计过程中，一般采用理论计算的方法来计算剩磁大小，但是剩磁矩的大小并不能完全表征太阳电池阵磁场的影响，特别是磁感应强度对一些特殊型号卫星的影响。而设计过程中，对太阳电池阵磁场强度的计算，电磁力和磁力矩的计算，以及地磁场对太阳电池阵磁场的影响，都没有合适的计算方法。

鉴于目前针对太阳电池阵电磁场设计及计算中存在的问题，传统的设计方法和计算方法已经不能满足目前太阳电池阵设计的需求。

而对于物理场的计算，目前最为有效和广泛的计算方式就是有限元方法。基于有限元方法开发的软件种类繁多，诸如ANSYS、Matlab等，都广泛的应用于航天器电磁场的运算中。利用有限元计算软件，对太阳电池阵的磁场进行仿真计算分析，将很大程度上提高计算精度，指导对太阳电池阵的磁场设计理论认识的加深，同时进一步细化、优化磁场设计。

山东省《加快推进天然气利用发展的指导意见》指出，要积极发展天然气发电和分布式能源，力争到2018年天然气发电装机实现零的突破；到2020年，天然气发电装机达到400万千瓦左右，天然气发电用气规模达到40亿立方米左右。建议结合山东能源政策调整，在有供热需求的城市和工业园区加快前期布局并适时稳妥推进。

用矢量位方法重新建模对该型号太阳电池阵优化布片方式产生的磁场进行了仿真计算分析，得到了磁场强度分布如图7所示。

美国ATK公司的Theodore和Quartus Engineering公司的Scott两人合作进行了太阳电池阵剩磁矩的研究。项目中探讨了多种降低太阳电池阵剩磁矩的方法，而后使用Matlab软件，利用有限元分析的方法，对太阳电池阵仿真计算进行了研究。

2014年，我们将在党的十八届三中全会精神指引下，按照即将召开的全国水利厅局长会议的决策部署，抢抓机遇，深化改革，开拓创新，不断提升业务水平和支撑能力，更好地服务水利改革发展大局。

1 试验过程

1.1 太阳电池阵的磁场仿真计算

**-1的实际布片如图1所示。根据**-1单板的布片方式，建立有限元模型，标量法模型如图2所示，矢量法模型如图3所示。

针对某型号卫星**-1磁设计的要求，使用ANSYS作为太阳电池阵磁场仿真计算分析的主要软件，分别选择了矢量位方法和标量位方法进行太阳电池阵的磁场仿真分析计算。标量位方法是应用磁标量作为单元自由度进行计算的方法。将电流源以基元的方式单独处理，无需为其建立模型和划分有限元网格。矢量位方法通过求解矢量磁位的MAXWELL方程进行电磁场的仿真计算分析，必须对电流源进行建模，模型较为复杂，网格数量多，鉴于硬件条件和计算时间考虑，往往会对模型做一定程度上的简化。

图1 **-1单板电路布局

图2 ANSYS标量法模型

图3 ANSYS矢量法模型

进行磁场的仿真计算时，太阳电池阵中不含导磁材料，基板和太阳电池的磁导率均设为1，与真空磁导率相同。在电流源上(电池片)加载电流作为磁场的激励源。采用标量位模型时，通过设置电池模型的电流参数进行加载。采用矢量模型时，直接将电流通过方向的电流密度矢量加载在电池模型上。根据右手定则，将基板表面定义为磁力线垂直面，将基板侧面定义为磁力线平行面。

当室内环境温度高于设定温度时，开启定频压缩机制冷对环境进行降温；当室内环境温度达到设定温度时，压缩机关闭。

1.2 磁试验测试

(2)矢量位模型

图4 太阳电池翼试验件正面

图5 太阳电池翼试验件背面

磁强计位置距离单机设备的平均距离为4.7 m，在磁强计位置产生的场可以认为是远场，为了把测试误差降到最低，提高数据可信度，本次磁试验测试采用“近场标定，远场计算”的方法。在距离帆板1、2、3 m的不同位置放置磁场探测器，通过太阳模拟器为太阳电池帆板上的线路加电，测量探测器位置的磁场分布，建立偶极子磁性模型，计算星载磁强计位置(远场)的磁场。最终建模数据计算值由零磁试验室给出。

2 结果与讨论

2.1 磁场仿真计算结果

(1)标量位模型

我国生态水利工程学领域的研究起步较晚，理论基础还很薄弱，因此要加强对相关理论基础的研究，同时，随着其它学科及相关技术的发展，水利工程的发展还要融入其它学科先进的技术和理念。

通过优化布片结构来降低磁场影响是太阳电池阵布片设计中常用的方法。为了将该型号太阳电池阵磁场的影响降至最低，优化了布片方法，并与传统布片方法进行了对比。

分别建立了两种布片方式的模型，采用标量位方法，进行磁场强度的仿真计算分析。计算结果如图6所示。

图6 标量位方法磁场仿真计算结果

优化后的布片方式在板上磁场强度的分布主要在1 500～2 300 nT之间，传统布片方式磁场强度主要在3 300～3 800 nT之间。优化后布片方式设计得到的磁场强度要明显低于传统布片方式。

为了验证太阳电池阵设计的合理性，该星初样阶段制作了1∶1的磁试验模型，在零磁试验室进行了磁试验测试。试验板的正面模拟电池电路的布片形式铺设电缆，通过模拟器加电模拟电流方向的真实情况，背面的电缆走向与插件的布局与初样产品设计一致，后根据试验情况做了相应的修改，如图4，图5所示。

国内目前尚无单独针对太阳电池阵的仿真计算研究，于2003～2004年发射的探测双星项目，曾经对整星的剩磁对姿控的影响进行过仿真计算分析[2]，同时也提出了多种单机降磁的设计方法[3]。

图7 矢量位方法磁场仿真计算结果

如图7所示，矢量位方法计算得到的磁场强度的分布主要在1 000～2 000 nT之间，与标量位方法相比，计算结果略小。

2.2 磁试验结果

对该型号太阳电池翼磁试验板进行了磁试验，帆板摆放位置如图8所示，三个探测器距离试验板分别为1、2、3 m。分别测试了太阳电池阵在不同位置产生的磁场。在探测器1 m处测得的磁感应强度值均为1 nT左右。

“撒狗粮”慢慢就成了他们的日常。别人家的教育孩子，都是一个唱红脸一个唱白脸。但在他们家，却是父母双打。

情况 3.2 {4,5}不是Y中顶点色集合,则C2∪C3中至多有5个集合,设为D1,D2,D3,D4,D5不是Y中顶点色集合且C2中至少有一个集合是Y中顶点色集合,不妨设{1,2,5}是Y中顶点色集合,可得:至少有两个C(ui)包含{1,2},其它C(ui)包含{1,3}或{2,3},由于C(ui)≠C(vj),从而每个C(ui)只能是以下集合之一:{1,2},{1,3},{2,3},{1,2,3},D1,D2,D3,D4,D5,矛盾。

图8 帆板摆放位置

2.3 仿真计算结果与实测结果的对比与分析

采用仿真计算的方法，无论是采用标量法还是矢量法，得到的太阳电池阵板上磁感应强度基本均在2 000 nT左右。根据偶极子模型，计算太阳电池阵在磁强计位置产生的磁场矢量。在远场距离为r时，矢量场值递减率为1/r3。此时，磁强计位置距太阳电池阵基板为1 m，而仿真计算时r=0.05 m2(基板厚度)。磁强计的距离为仿真计算时的20倍，因此根据仿真计算结果，可推导出磁强计位置的磁场矢量nT，仿真计算结果小于磁试验结果。

导致仿真计算偏小的主要原因是，仿真计算过程中，没有考虑太阳电池阵背面电缆的影响。通过磁试验发现，背面电缆正线和回线的走向，分布；电连接器处正、负接点的分布等因素都会显著影响磁感应强度的大小。通过磁试验证明，优化电缆走向，合理设计电连接器的接点等设计措施，都会明显改善背面电缆对太阳电池电池阵磁场的影响，降低太阳电池阵产生的磁感应强度。

3 结论

通过ANSYS软件，利用仿真计算方法对太阳电池阵所产生的磁场进行了仿真计算，验证了优化的布片方式对降低磁感应强度的有效性。同时对太阳电池阵的磁试验板进行了磁试验测试，并与仿真计算结果进行了对比。通过磁试验发现，太阳电池阵背面的电缆走向和分布同样对太阳电池阵产生的磁场有明显影响。通过优化电缆走向，合理设计电连接器的接点等设计措施，可以明显改善背面电缆对太阳电池电池阵磁场的影响，降低太阳电池阵产生的磁感应强度。

参考文献：

[1]汉斯.S.劳申巴赫.太阳电池阵设计手册[M].北京：宇航出版社，1987.

[2]易忠，孟立飞.“探测”双星磁性仿真分析计算[J].装备环境工程，2006，3(3)：41-46.

[3]齐燕文，马青永，史尧宜，等.双星计划太阳电池壳降低磁场干扰的改进措施[J].航天器环境工程，2005，22(5)：261-267.