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^®应用程序(VBA)。然而，当工程师们试图检查越来越多的测试用例时，模型变慢了，偶尔还会崩溃。因为它是一个单节点功率模型，团队不能使用它来评估整个系统的电压降或评估电能质量要求。

洛克希德·马丁公司需要创建Orion动力系统的多节点模型，包括其发电、存储和配电组件，然后运行仿真以验证设计，测试故障条件，验证系统性能，并执行任务分析。他们想要一个可视化的模型，让NASA的同事们不用检查底层代码就能立即理解。

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，该团队使用来自Simscape电气组件库的标准模块和使用Simscape语言开发的定制模块的组合创建了锂离子电池模型。该模型考虑了电池滞后效应、温度和电池充电状态。

为了继续使用Simscape语言，该团队创建了一个定制的电源负载块，以模拟航天器推进、制导和其他系统在整个任务中开关时产生的变化负载。利用集成电力系统模型，该团队对各种任务剖面进行了模拟。他们监测任务和负载变化，以评估开发期间的电力影响，模拟故障场景，包括电池故障、开关卡住，以及上升和轨道阶段的太阳能阵列故障。这些结果被用于指导任务机会的开发和失效案例的协议。

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^®．

该团队使用MATLAB对仿真结果进行后处理和可视化，并与美国宇航局国际空间站内部动力系统模拟器生成的结果进行验证。

• 开发时间缩短了三分之二。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。”
• 建立了可重用组件库。Hernandez说:“我们已经用Simscape创建了一个定制组件库，其中包括电源分配组件以及电气、热和轨道力学组件。在EM-1中重用EFT-1中的几个组件，使我们能够对该项目进行快速周转评估。”
• 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。”