8、航天器电力系统与近地空间环境解析

航天器电力系统与近地空间环境解析

1. 航天器电力系统概述

航天器的电力系统（EPS）是卫星上的关键系统。在其最简形式下，卫星电力系统包含四个主要组件：主要电源、能量转换、能量存储以及电力管理与分配。

主要电源的选择在太空中受限为三种：核能、化学能或太阳能。任务的持续时间是选择主要电源的关键因素。对于短时间任务，化学系统如一次电池、燃料电池或化学动态转换可能是合适的选择。例如，一次电池常用于满足运载火箭的高功率和高能量需求，以及激活与爆炸级分离相关的烟火装置。而对于长时间任务，选择则限于太阳能电池阵列与二次电池或再生燃料电池结合，或者核系统，如反应堆或放射性同位素热电发生器（RTG）。

能量转换涉及多种技术，包括动能、光子、化学能、热能和电能之间的转换。表1展示了一些能量转换和存储选项：
|输入能量\输出能量|电能|热能|化学能|光子|动能|
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
|动能|电池、燃料细胞、超导磁体等|欧姆加热器、热泵等|电解、电离和复合等|LED、放电等|飞轮、JxB推进器等|
|光子|光伏电池、MHD发电机等| - |光解电解等| - |辐射计等|
|化学能|燃料电池、电池等|化学反应、高Cp材料等|推进剂、炸药等|化学激光器等| - |
|热能|热电、热离子、发电机等|热集中器、热吸收器等|热化学电解等| - |燃气轮机等|
|电能|电池、燃料电池等| - | - | - |电动机等|

电力系统的设计需要考虑多个关键功能，如为任务寿命提供连续可靠的峰值和平均电功率，控制、分配、调节和调节提供给各种负载的电力，提供有关其运行