成果報告書詳細
管理番号100013574
タイトル平成17年度-平成19年度成果報告書 国際共同研究助成事業 2005IS084 衛星搭載太陽電池アレイの帯電・放電試験法のISO標準化プロジェクト 平成19年度最終
公開日2009/4/24
報告書年度2005 - 2007
委託先名趙孟佑 豊田和弘 今泉充 高本達也 小圷秀明 野崎幸重 D. PAYAN V. INGUIMBERT J. C. MATEO-VELEZ B. BOULANGER P. PELISSOU D. FERGUSON B. VAYNER
プロジェクト番号P88001
部署名研究開発推進部
和文要約90年代末以降、商用衛星の大型化に伴い高電圧化した太陽電池アレイで放電事故が頻発している。放電事故は最悪の場合衛星機能の全損という事態を招き、金銭的損失のみならず衛星利用ビジネスへの投資家の信頼を損なって宇宙利用の拡大を阻んでいる。太陽電池アレイ表面の絶縁体がプラズマによって帯電することにより放電が発生することは、現在の通常の設計では不可避である。たとえ放電が発生しても回路短絡等の重大事故に至らないことを打ち上げ前に地上試験で確認することが必要であるが、試験方法についての国際標準が存在せず各国独自の条件で試験が実施されている。現在も止まない軌道上不具合の連続により、衛星メーカ、衛星サービス提供会社、保険会社からは、帯電・放電現象の物理的機構に基づいた正しいそして共通の試験の実施が求められている。本研究プロジェクトは、衛星搭載太陽電池アレイの帯電・放電試験のISO規格を策定することを目的とし以下の項目を実行する。同一設計の供試体などを使った国際ラウンドロビン実験により、宇宙空間の帯電・放電現象を地上で物理的に正しく再現できる効果的な試験方法を見いだす。研究施設の相互訪問を通じて専門家間の意見調整を行なう。ワークショップ等を通じてISO規格案作成を行う。最初の2年間はラウンドロビン試験を実施した。Type-A:太陽電池アレイのカバーガラスの帯電電荷が一次アークに注入される過程を調べるためにできるだけ多数の太陽電池をフライト品と同等の基板の上に敷き詰めたもの。Type-B:繰り返しの一次アークによる太陽電池セルの電気出力性能の劣化を調べるためにフライト品相当の電気性能を有した太陽電池を一枚ずつアルミ基板の上に貼ったもの。Type-C:二次アーク試験における帯電環境の影響を評価するために太陽電池回路の陽極端と負極端の間のギャップを多数模擬したもの。Type-Aについては、カバーガラス電荷を取り込みながら拡がり一次アークに電荷を供給していくプラズマの伝搬速度を測定し、速度が時間の2分の1乗で減衰していくことを明らかにした。Type-Bについては、三重接合太陽電池とシリコン太陽電池について劣化発生のためのエネルギー閾値を明らかにした。Type-Cについては、異なる試験機関においても試験結果に大差がないことを確認した。3年目には放電への耐性を強めたType-Bクーポンを新たに製作し耐性が大きく向上していることを確認した。最新の帯電解析ツールを用いて軌道上での放電回数の見積もりを行なったところ、15年間で4万から10万発程度発生することが分かった。二次アーク試験に用いられる太陽電池模擬電源について実験を行なった。また二次アーク継続時間の統計的な研究から二次アーク試験での適当な一次アークの回数を導出した。更には軌道上でのアーク電流計測のための計測システムについて予備検討を行なった。フランス、日本、アメリカの実験施設への訪問を行った。2006年11月から2008年1月にかけて4回の国際ワークショップを北九州、フランス、米国、東京で開催し、常時20人から40人が日本、中国、インド、欧州、米国から参加しISO原案について逐条討議を行なった。2007年5月の北京でのISO総会において新規作業提案が認められ、2007年11月にはCommitteeDraftに昇格した。2008年7月にCDはDraftInternationalStandard移行のための投票に入った。このまま順調に推移すれば2009年中にISO-11221として正式に制定される予定である。
英文要約Since the late 1990s, size of telecommunication satellites has increased drastically as demand of more communication capacitance increased. The number of transponders per satellite and the satellite power level also increased. Major commercial telecommunication satellites nowadays consume power larger than 10kW. To manage the large power efficiently, the satellite bus voltage including photovoltaic power generation voltage increased to 100V from 50V. As the satellite voltage increased, accidents on solar array have occurred very frequently. The accidents mostly due to arcing and subsequent short-circuit of array circuit cause at the worst-case total loss of satellite functions. Such events cause not only substantial financial loss but also distract investor's attention. With conventional design of solar array, we cannot avoid arcing that occurs as insulator surface of the array is charged by space plasma. It is necessary to validate that a given solar array design can withstand repeated arcing in space before the launch via electrostatic discharge ground tests. Test conditions, however, differ among countries, as there is no international standard to define the conditions. As satellites continue to fail even nowadays, satellite makers, satellite service providers and insurance companies demand a 'correct' test that is based on physical mechanisms of charging and arcing phenomena in space. The purpose of this research project is to establish International Standard Organization standard on ESD test. We carry out the following research items; Find an effective test method that simulates the charging and arcing phenomena in space in a physically correct manner via internationally coordinated experiments using international round-robin test coupons. Exchange information via mutual visit exchange of test facility. Write ISO documents via international workshops. For the international round robin tests, the coupons consist of the following three types; Type-A: Many solar cells are laid down on flight-quality substrate to investigate injection of energy and current via charge stored on coverglass. Type-B: Single flight-quality solar cell is laid down on aluminum substrate to investigate degradation of electrical performance due to repeated primary arcs. Type-C: Many parallel strings made of two series solar cells are laid down on flight-quality substrate to investigate effect of charging environment on secondary arc test. In the first two years, most of the round-robin tests were completed. For the type-A, we succeeded in measuring the plasma propagation speed over solar array coverglass as it neutralizes the coverglass charge and provide the energy to the primary arc. For the type-B, we have obtained the energy threshold for degradation of triple-junction cells and silicon cells. For the type-C coupon, the round-robin experiment showed little difference in the test results obtained at different institutions.
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