[发明专利]空间动力能源生保一体化系统及方法

说明书

本发明涉及一种空间动力能源生保一体化系统及方法，以解决现有技术中存在的空间动力、能源和生保系统三者之间各自独立，集成度较低，导致空间载荷较大，资源利用率低，且系统可靠性不高的问题。该系统包括水贮箱、气氢贮箱、气氧贮箱、光解水单元、氢氧‑水转换单元以及电源管理单元。光解水单元利用光照和水贮箱内的水进行光解水反应，产生氢气和氧气，并分别贮存在气氢贮箱和气氧贮箱内；氢氧‑水转换单元为分体式的氢氧燃料电池和电解水装置，或者一体化可再生燃料电池，用于将氢气和氧气转换成水进行发电以及将水电解产生氢气和氧气；电源管理单元用于蓄电和供电管理。

技术领域

本发明涉及一种空间动力能源生保一体化系统及方法。

背景技术

随着人类载人航天事业的发展，需要在空间建成长期在轨稳定运行的空间站、在月球建立可以长期运行的月球科研站，为了达到上述目标，需要在空间探索技术领域开展深入细致的研究，而动力、能源和生保是空间探索的三大核心问题，充分利用地外环境资源，实现三者一体化、集成化，对降低载荷重量、提升载人航天能力意义重大。

现有的空间站或月球基地建设方案中，动力系统、能源系统和生保系统三者之间各自独立，集成度较低，导致空间载荷较大，资源利用率低，且系统可靠性不高。以动力系统为例，现有的上面级发动机大都采用常温自燃推进剂，此类推进剂具有较强的毒性和腐蚀性，空间中无法长期贮存，且地面和未来的在轨二次加注都存在很大的难度。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的空间动力、能源和生保系统三者之间各自独立，集成度较低，导致空间载荷较大，资源利用率低，且系统可靠性不高的问题，而提供了一种空间动力能源生保一体化系统及方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种空间动力能源生保一体化系统，其特殊之处在于：

包括水贮箱、气氢贮箱、气氧贮箱、光解水单元、氢氧-水转换单元以及电源管理单元；

所述光解水单元的进水口与水贮箱连接，其氢气出口与气氢贮箱连接，其氧气出口与气氧贮箱连接；

所述氢氧-水转换单元为分体式的氢氧燃料电池和电解水装置，或者一体化可再生燃料电池；

所述氢氧燃料电池的氢气进口与气氢贮箱连接，其氧气进口与气氧贮箱连接，其出水口与水贮箱连接，其电能输出端与电源管理单元连接；所述电解水装置的电能输入端与电源管理单元连接，其进水口与水贮箱连接，其氢气出口与气氢贮箱连接，其氧气出口与气氧贮箱连接；

所述一体化可再生燃料电池的氢气进出口与气氢贮箱连接，其氧气进出口与气氧贮箱连接，其进出水口与水贮箱连接，其电能输入输出端与电源管理单元连接。

进一步地，还包括太阳能光伏发电单元；

所述太阳能光伏发电单元的电能输出端与电源管理单元连接。

进一步地，还包括液氢贮箱和液氧贮箱；

所述液氢贮箱与气氢贮箱连接，用于将氢气加压冷却成液氢后贮存；

所述液氧贮箱与气氧贮箱连接，用于将氧气加压冷却成液氧后贮存。

进一步地，还包括化学推进单元和/或电推进单元；

所述化学推进单元的氢气燃料进口与气氢贮箱连接，其氧气燃料进口与气氧贮箱连接；

所述电推进单元的电能输入端与电源管理单元连接。

进一步地，还包括设置在光解水单元和水贮箱之间的加热器。

一种空间动力能源生保一体化方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：