新型滑环组件满足卫星的高电压需求
新部件有望使高压卫星的工作电压提高三倍。2022年11月7日，作者：杰克·赫兹
恶劣的太空环境要求太空工程师为坚固可靠的卫星寻找专门的部件和材料。在这些专业部件中，特别令人感兴趣的是滑环组件，它可以消除旋转卫星中的布线故障。
洛桑联邦理工学院的科学家设计了一种滑环组件，据说可以将高压卫星的工作电压提高三倍。图片由EPFL提供
最近，洛桑联邦理工学院瑞士等离子体中心的研究人员宣布了一种新设计的滑环组件，该组件可以承受太阳能卫星的更高电压。在这篇文章中，我们将讨论滑环组件，它们在卫星中的作用，以及SPC的新研究。
什么是滑环组件？
在许多机电设备中，尤其是那些旋转设备中，布线是一个重大的可靠性挑战。例如，在具有安装在旋转表面上的固定传感器的设备中，在正常配置中，为传感器供电和读取I/O的电线可能会扭曲并最终断裂。滑环组件是解决这一问题的重要部件。
滑环组件保护旋转装置中的电线。图片由Moflon提供
滑环组件是一种机电设备，专门设计用于从固定结构向旋转设备提供电力和信号。标准滑环组件由一系列围绕旋转轴的实心金属环组成。当环转动时，一系列电刷触点（连接到固定设备的输入线）与环保持恒定连接，从而能够传导电信号。然后，每个环都连接到输出导线上，输出导线也可以在轴上旋转。
为了使卫星正常运行并与地球通信，它们需要保持与地球相同的方向。由于卫星在轨道上，它们的方位自然会随着时间的推移而改变。为了解决这个问题，大多数卫星以固定的间隔旋转以保持对齐。
滑环组件允许卫星自由旋转，而不会有内部电缆故障的风险。在卫星中，滑环主要用于在系统的机载太阳能电池阵列与其他组件（如机载计算机、传感器或推进器系统）之间提供电力。
SPC设计高压滑环组件
滑环组件在相对较低的电压下运行；一旦滑环达到200V，电弧的几率就会显著增加。现在，随着卫星的功率越来越大，需要更高的电压，欧洲航天局启动了APIOM（用于hIgh vOltage机构的高级滑环）计划，以挑战工程师提出更好的滑环解决方案。
滑环总成的内部视图。图片由Fabricast提供
本周，SPC的研究人员与Beyond Gravity合作，在欧洲航天局的支持下，成功设计了一种新的滑环组件，可以承受卫星所需的更高电压。据说，新的滑环可以将卫星滑环组件的电压范围从目前的28–100 V一直提高到300–600 V。该滑环已经在400–500 V和8 A范围内工作。
除了高电压外，SPC的滑环组件在低压下也表现出高性能，传输功率高达40千瓦。SPC尚未公开发布新滑环技术中使用的具体设计技术的细节。
新型滑环组件解决的挑战
除了满足卫星对更高电压的日益增长的需求外，SPC团队在滑环组件上的工作还旨在克服太空中的电击穿风险，这种情况可能会产生严重损坏卫星的等离子体。
高压电气和电力系统架构项目（HV-EPSA）中的卫星滑环。图片由EPFL提供
卫星从发射到太空的深真空都会经历巨大的压力变化，这会对依赖真空条件的电气部件产生整体影响。虽然过去的解决方案依赖于复杂的电路配置来管理这种压力，但这些电路可能会干扰卫星的功能。新滑环组件可以在极低的压力（10-5毫巴）到临界压力值（~1毫巴），解决了这个问题。
环还必须在运行30年后每天转动11000圈，随着时间的推移，这可能会使部件磨损。然而，新部件表现出了很高的机械可靠性，在25000转后保持运行，相当于地球静止卫星60多年的标准运行。