25、航天器电力技术：从基础到应用

航天器电力技术：从基础到应用

1. 航天时代的开端

1957 年 10 月 4 日，184 磅重的人造卫星斯普特尼克一号发射升空，它仅依靠银锌原电池作为唯一电源。这枚电池为两个发射器提供 1 瓦电力，三周后发射器停止广播。卫星于 1958 年 1 月重返大气层，标志着太空时代的到来。原电池的使用有效限制了航天器的使用寿命，因为在电池耗尽数周后，航天器才重返地球大气层。

随后，先锋一号发射，它是第一颗搭载太阳能电池与二次（可充电）电池的卫星，电池用于在日食期间提供电力。从那时起，人造卫星的复杂程度以及对电力的需求呈指数级增长，如今卫星已成为现代通信、气象、观测、导航、大地测量、国防、娱乐和科学发现等领域不可或缺的工具。

随着时间推移，卫星发射变得愈发频繁，不仅发射数量增加，卫星尺寸也不断增大。以下是部分当前运载火箭的有效载荷能力：
| 运载火箭 | 近地轨道（LEO）有效载荷（kg） | 地球同步轨道（GEO）有效载荷（kg） | 地球同步转移轨道（GTO）有效载荷（kg） |
| — | — | — | — |
| Delta II - 7925 | 5,000 | 1,800 | - |
| Titan IV | 17,700 | 4,450 | - |
| Ariane 5 | 6,800 | - | - |
| Proton K | 20,100 | 2,100 | 4,615 |
| Shuttle | 24,400 | 5,900 | - |

尽管现代运载系统能轻松将大量有效载荷送入轨道，但发射成本仍然很高，通常每千克送入低地球轨道需数千美元。这使得最小化质量和提高系统可靠性成为关