火星探测：应对恶劣环境的有效策略

环绕器从近地球轨道飞行到火星环绕轨道阶段，随着与太阳的距离越来越远，环境越来越恶劣，也让一系列针对环绕器电源分系统的大考拉开帷幕。

首先是光照强度的逐渐减弱带来的问题。火星平均太阳光强只有地球的0.43倍，地火光照条件的差别造成了环绕器在不同飞行阶段的功率输入相差较大，多余的能量怎么处理？同时，光照强度越来越低，对太阳电池发电效率是否会有影响？

研制人员将因地火轨道光强差异造成的2300W多余能量进行了分流，这又给电源控制器热设计带来了难题。研制人员需要在单块分流模块输出功率接近1000W时，将器件结温控制在85℃以下，但按照以往的设计经验，类似的分流模块在相同的尺寸下，输出功率达到800W时，功率器件结温就有可能超过95℃。

必须推翻之前的设计方案！为从根本上减少模块发热量，研制人员放弃了常用型号的器件选型，经过反复查阅资料和多次验证、并申报目录外器件后，选用了一批热性能参数最优的功率器件。针对发热源，在结构设计上进行了分散排布，最大化散热面积，同时对比仿真结果进行调整，实现最优热设计结果。在按照总体要求开展的热平衡试验中，即使在各种极端工况下，功率器件结温均未超过78℃，问题迎刃而解！(www.xing528.com)

为了验证太阳电池在弱光强下的发电特性，研制人员经过仔细斟酌，进行了一次“极限挑战”。地球轨道的光照强度为1，在火星轨道光照强度为0.4，为了确保在0.4光照强度下太阳电池发电功率满足整器能源需求，我们首次将三结砷化镓太阳电池置于0.1光照强度下进行电性能测试，经过对设备的多次调试，最终获得了稳定的0.1光照强度下的太阳电池输出特性。

其次，另一道需要跨过的坎，是大范围的温度跨越。近火轨道最低温度可达到-190℃，最高温度可达到40℃。随着轨道运行，环绕器反复进出光照和阴影区，高低温环境对太阳电池阵的国产化基板带来了重要挑战。考虑到极端温度可能对太阳电池阵的材料造成损坏，从而使太阳电池失效，同时，为了验证太阳电池阵上接插件、导线、元器件是否满足各种极端温度条件下的使用要求，经过与总体的沟通协调，研制人员开展了-190℃到40℃温度的环境可靠性验证工作。

为什么选择在这个温度范围？设计人员参考了从发射到环绕火星阶段的整个生命周期。-190℃是人鳄梨目前开展的温度环境可靠性验证工作的最低温度，实施起来有些难度。开展低温试验的液氮液化的极限温度在-196℃，为了确保试验的准确性，研制人员制作了太阳电池电路试验小板，采用液氮、烘箱的两箱法进行了试验。为了防止液氮飞溅在试验小板上，采用了聚酰亚胺薄膜对试验小板进行包覆。试验结果表明，低温达到预期，研制团队的三结砷化镓太阳电池阵技术能承受非常严酷的环境考核。