洛克希德·马丁公司使用多域动力系统模型模拟猎户座飞船任务

几年前，洛克希德·马丁公司的工程师利用微软为美国宇航局的星座计划开发了一种电力系统模型^®Excel^®和Visual Basic^®对于应用程序（VBA）。然而，由于工程师试图检查越来越多的测试用例，模型减慢了且偶尔会崩溃。因为它是单节点电源模型，因此该团队无法使用它来评估整个系统的电压下降或评估电能质量要求。

洛克希德Martin需要创建Orion Power系统的多边形模型，包括其发电，存储和分配组件，然后运行模拟以验证设计，测试故障条件，验证系统性能，并执行任务分析。他们希望他们的美国宇航局同事能立即理解的视觉模型，而无需检查低级代码。

洛克希德·马丁公司的工程师使用Simulink和Simscap金宝appe Electrical对猎户座飞船的动力系统进行建模和仿真。

为了对太阳能电池阵列建模，该团队创建了一个用Simscape™语言编写的定制太阳能电池模型。为了计算阵列准确的电流-电压(IV)曲线，该模型考虑了每个机翼的电池数量、太阳能阵列的指向角度、阴影和热效应，如太阳、行星红外和反照率。性能退化因素，如辐射、污染和与微流星体和轨道碎片的碰撞也被考虑在内。

接下来，该团队使用Simscape电气组件库的标准块组合创建了锂离子电池模型，以及使用Simscape语言开发的自定义块。该模型占电池滞后效应，温度和电池充电状态。

继续使用Simscape语言，团队创建了一种自定义电源负载块，以模拟宇宙飞船推进，指导和其他系统所产生的不同负载，因为它们在整个任务中开启和关闭。使用集成电源系统模型，团队为各种任务配置文件进行了仿真。他们监控了使命和负载变化，以评估在开发期间的电源影响，模拟故障场景，包括Ascent和Orbit阶段的电池故障，卡扣和太阳能阵列故障。结果用于指导失败案件的使命机会和协议的发展。

他们还模拟了许多任务剖面，以确保太阳能电池板和电池的大小正确，并预测电力系统在数小时的日食情况下将如何运行。这些仿真的输入是指令系统状态的时间线和用MATLAB生成的负载曲线^®．

使用MATLAB，该团队在后处理和可视化模拟结果，它们验证了NASA内部电力系统模拟器为国际空间站产生的结果。

• 开发时间减少三分之二。Hernandez说:“与使用VBA相比，使用Simscape electric和Simscape语言，我们将开发Orion动力系统模型所需的时间减少了约三分之二。“Simscape简单;它使我们能够比VBA更快、更有效地创建定制组件。”
• 建立可重用组件库。“我们创建了一个带有Simscape的自定义组件库，包括配电组件以及电气，热和轨道机械机械块，”Hernandez说。“从EFT-1重用了几个组件，为EM-1使我们能够对该计划进行快速的转变评估。”
• 底层编码最小化。“有了Sim金宝appulink和Simscape Electrical，我不需要编写更多代码来数值求解方程组。我构建自定义块，以图形方式连接它们，然后让求解器自己工作。”“和我一起工作的NASA工程师喜欢Simscape模型，因为这些模型比低级代码更直观。”