14、太空太阳能电池阵列：技术演进与设计考量

太空太阳能电池阵列：技术演进与设计考量

1. 太空太阳能电池阵列的发展历程

太空太阳能电池阵列的设计和部署配置经历了持续的演变。从先锋一号（Vanguard I）上发射的首个阵列开始，它由6个小面板组成，分布在近乎球形的航天器外部，能提供约1瓦的电力，持续供电超过六年。早期的典型卫星近似球形，小面板均匀分布在其外表面，以确保航天器绕轴缓慢旋转时能持续发电。

随着电力需求的增长，整个航天器表面都被太阳能电池板覆盖。为了提供更多电力，卫星配备了安装在铰接臂上的小桨叶，这些桨叶可从航天器主体伸出。1959年8月，探索者6号（Explorer 6）成为首个使用桨叶阵列系统的卫星，携带了四个51平方厘米的铰接桨叶。此后几十年，折叠和铰接的刚性面板阵列迅速成为所有航天器的标准配置。

如今，太空太阳能电池阵列的规模和复杂性都有所增加，输出功率从几千瓦到几十千瓦不等。国际空间站（ISS）的阵列在组装完成后，将成为迄今部署的最大此类系统，计划在寿命末期（EOL）提供150千瓦的电力。由于该阵列尺寸较大，由多个独立翼组成，每个翼在EOL时可产生37.5千瓦的电力，因此需要使用拉伸膜面板结构来最小化其发射体积。

历史上可供卫星设计师选择的阵列选项包括多种类型，目前最常用的是非聚光、刚性、单轴、双轴或三轴稳定跟踪阵列。

2. 太空太阳能阵列的类型

2.1 刚性面板平面太阳能阵列

最常用的刚性面板结构是所谓的蜂窝板，通常由两层薄铝板粘合到蜂窝状芯材上组成。芯材由六边形单元格结构构成，单元格壁由薄（约0.02毫米厚）铝带制成。面板结构的总厚度可根据阵列的机械负载要求在约6毫米至25毫米之间变化。单个面板非常坚固且相对轻便