一种空间舱内情景照明系统的技术研究技术方案

本发明专利技术阐述了一种空间舱内情景照明系统的技术研究，主要是为航天员长期在轨工作提供智能可控的亮度调节、色度调节等适应不同的生活场景、工作场景的“互动式”照明系统。空间舱内情景照明系统包括母线隔离电源、全局泛光照明灯、睡眠区氛围渲染照明灯、多路集成控制器。母线隔离电源用于完成飞行器一次母线与情景照明设备的隔离配电功能，多路集成控制器配置移动端APP选项和近端控制开关，用于完成区域照明开关控制和工作模式切换。控制器还通过WiFi路由器与系统平台设备相连，具备远程无线控制的接口。

Research on a scene lighting system in space cabin

【技术实现步骤摘要】
一种空间舱内情景照明系统的技术研究
本专利技术主要应用于空间载人飞行器舱内照明领域，该情景照明系统可调节色度的变化适应不同的生活场景、工作场景，以人为本的全新照明系统有效地提高了航天员在轨整体生活的舒适度。
技术介绍
载人飞行器舱内照明领域早期主要应用固态光源(大功率白光LED)及专用电源驱动为飞行器舱内提供特种照明。这种空间固态照明产品已成功应用于载人飞船、货运飞船、天宫等舱内照明，随着空间站的建设及航天员长期在轨的驻留，单一色温的照明设备已无法满足航天员的工作生活需求。情景照明系统作为一种先进的空间载人飞行器舱内照明系统，由于其亮度、色温、颜色可以随场景需求或者24小时昼夜节律自动变化。有效地解决了空间站长期在轨由于没有昼夜规律的变化，航天员体内的生物节律易被打乱的难题。而可控的情景照明系统不仅可以提供亮度的调节，还可以调节色度的变化适应不同的生活场景、工作场景，提高航天员的在轨整体生活舒适度。随着情景照明系统相关产品的逐渐成熟，和载人航天任务对该系统应用需求的逐渐增加。情景照明相关技术是智能照明的关键技术，也是照明技术变革的未来。该情景照明系统可有效服务于我国以空间站为代表的各类载人空间飞行器，推进我国载人空间飞行器情景照明技术的发展。
技术实现思路
本专利技术的技术解决方案是：设计了一种与母线隔离的情景照明系统，实现了空间飞行器舱内智能情景照明，主要包括下列步骤：(1)设计母线隔离电源：首先该电源必须具有初次级隔离功能；其次电源应具有100W的输出能力，且在使用温度范围内具有较好的稳定性；最后，电源应具有下级短路保护功能；(2)多路集成控制器接口设计：2路直流供电输入，每路供电电压为24V，输入总功率不大于70W，每台控制器最多可负载8台情景照明灯，具有有线及无线接口；(3)多路集成控制器设计：根据功能需求分析，多路集成控制器对情景照明灯具有调光、模式切换、色温控制、开关控制、与其它移动端APP进行远程控制功能；(4)情景照明灯设计：多组LED混色配组芯片来实现不同颜色的照明。灯具的防眩光功能，UGR＜19；(5)情景照明控制软件设计：针对控制器的各种控制模式及功能模式，设计专用移动端APP，控制器端使用UDP无连接协议，支持Android系统。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：(1)本专利技术提出了一种用于空间载人飞行器舱内情景照明系统，取代了早期飞行器舱内单一色源的照明模式，有效地解决了空间站长期在轨由于没有昼夜规律的变化，航天员体内的生物节律易被打乱的难题。(2)本专利技术指导了空间载人飞行器舱内情景照明系统的整个开发设计过程，推进我国载人空间飞行器情景照明技术的发展。(3)本专利技术解决了飞行器母线与情景照明设备的隔离配电问题。(4)本专利技术可远端无线控制各舱内照明灯情景模式及开关功能，提高了飞行器舱内照明的智能化。附图说明图1～图3为舱内情景照明系统连接关系图。图4为母线隔离电源功能示意图。图1～图3中，情景照明系统划分为全局泛光照明、睡眠区氛围渲染照明。为便于集成管理，多路控制集成为舱内照明控制器及生活照明控制器。每个照明控制器配置移动端APP选项和近端控制开关，用于完成区域照明开关控制和工作模式切换。控制器还通过WiFi路由器与系统平台设备相连，具备远程无线控制的接口。全局泛光照明产品主要包括：通道照明灯、平板照明灯、舱内照明控制器和舱内照明电源。具备全局泛白光照明、情景模式照明、24h环境光拟真照明等功能。支持整体控制及分区域控制。睡眠区氛围渲染照明产品主要包括：生活照明灯、生活照明控制器。每个睡眠区支持单独控制。图4中，母线隔离电源采用双管正激的拓扑结构、电流控制型控制方式的稳压电源作为空间站舱内照明电源的方案，同时考虑电磁兼容及功率器件热损耗等因素，舱内照明电源工作频率设计为150kHz(开关管工作频率)；输入及输出功率部分采用高频功率变压器隔离，PWM控制芯片及采样反馈回路均置于电源输出端，与输入端隔离。该设计满足输入及输出回路的隔离要求；电流取样信号取自串联在输出回路中的取样电阻的压降；开关管采用功率MOSFET管2N6798U；输出整流采用肖特基整流管12CLQ150,减小整流损耗，提高效率。电路主要由EMI输入滤波器、浪涌电流抑制、RCC辅助供电电源、PWM控制电路、功率变换(主变压器、MOSFET、整流)、输出滤波电路、反馈电路、欠压、软启动电路等电路组成。具体实施方式本专利技术研究了空间载人飞行器舱内情景照明系统的设计开发。采用母线隔离电源解决了飞行器母线与情景照明设备的隔离配电问题，设计了舱内情景照明设备实现了载人飞行器舱内交互式智能照明，有效地提高了航天员长期在轨工作、生活的舒适度。该专利技术可应用于空间载人飞行器舱内照明。(1)设计母线隔离电源：电源必须具有初次级隔离功能，输入及输出功率部分采用高频功率变压器隔离；其次电源采用双管正激的拓扑结构，设计功率100W的输出能力，且在使用温度范围内具有较好的稳定性；最后，短路保护电流取样信号取自串联在输出回路中的取样电阻的压降，经运放比较后送入电源管理芯片实现下级短路保护功能；(2)多路集成控制器接口设计：2路直流供电输入，每路供电电压为24V，输入总功率不大于96W，每台控制器最多可负载8台情景照明灯，具有有线及无线接口；(3)多路集成控制器设计：根据功能需求分析，多路集成控制器对情景照明灯具有调光、模式切换、色温控制、开关控制、与其它移动端APP进行远程控制功能；(4)情景照明灯设计：多组LED混色配组芯片来实现不同颜色的照明。灯具的防眩光功能，UGR＜19；(5)情景照明控制软件设计：针对控制器的各种控制模式及功能模式，设计专用移动端APP，控制器端使用UDP无连接协议，支持Android系统。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间舱内情景照明系统的技术研究特征在于包括下列步骤：/n(1)确定母线隔离电源拓扑：为确保空间飞行器一次母线的供电安全性，防止下级设备短路对母线安全性造成影响，设计“双管正激”母线隔离电源；/n(2)母线隔离电源功能设计(图4)：初次级隔离的100W稳压限流专用电源设计；/n(3)多路集成控制器接口设计(图1～图3)：带有WIFI接口，配置一套开关附件，供配电输入输出接口；/n(4)多路集成控制器功能设计：开关和情景模式选择功能，移动端APP远程控制功能；/n(5)情景照明灯设计：泛光照明，单灯颜色可调，具有防眩光功能；/n(6)情景照明控制软件要求：移动APP，上位机无线控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种空间舱内情景照明系统的技术研究特征在于包括下列步骤：
(1)确定母线隔离电源拓扑：为确保空间飞行器一次母线的供电安全性，防止下级设备短路对母线安全性造成影响，设计“双管正激”母线隔离电源；
(2)母线隔离电源功能设计(图4)：初次级隔离的100W稳压限流专用电源设计；
(3)多路集成控制器接口设计(图1～图3)：带有WIFI接口，配置一套开关附件，供配电输入输出接口；
(4)多路集成控制器功能设计：开关和情景模式选择功能，移动端APP远程控制功能；
(5)情景照明灯设计：泛光照明，单灯颜色可调，具有防眩光功能；
(6)情景照明控制软件要求：移动APP，上位机无线控制。


2.根据权利要求1中的设计方法，所述步骤(1)的特征在于为确保空间飞行器一次母线的供电安全性，防止下级设备短路对母线安全性造成影响,首先选用初次级隔离的电源拓扑结构；其次根据功率需求分析使用双管正激母线隔离电源。


3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：李家亮，妥安平，杨军，雷志广，陈鸿翔，成明宇，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62