7、航天器电力技术全解析

航天器电力技术全解析

1 航天电力发展开端

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，它仅搭载了银锌原电池作为唯一电源，电池为两个发射器提供 1 瓦电力，三周后发射器停止工作，卫星于 1958 年 1 月重返大气层，这标志着太空时代的黎明。原电池的使用决定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，电池用于在卫星进入阴影期时提供电力。

自那时起，人造卫星的复杂性和对电力的需求呈指数级增长。曾经作为科学好奇事物的卫星，如今已成为现代通信、气象、观测、导航、大地测量、国防、娱乐以及科学发现等领域不可或缺的工具。

1.1 卫星发射情况

从早期到现在，卫星发射频率大幅增加，发射数量和卫星尺寸都在不断增长。早期的斯普特尼克一号仅几千克，而如今卫星的大小可从当前一些运载火箭的能力来判断，如下表所示：
| 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） |
| — | — | — | — |
| 德尔塔 II - 7925 | 5000 | 1800 | - |
| 泰坦 IV | 17700 | 4450 | - |
| 阿丽亚娜 5 | 6800 | - | - |
| 质子 K | 20100 | 2100 | 4615 |
| 航天飞机 | 24400 | 5900 | - |

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，通常每千克送入近地轨道需数