16、航天器电力技术：从基础到应用的全面解析

航天器电力技术：从基础到应用的全面解析

1. 航天器电力技术的起源与发展

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的动力源，为两个发射机提供 1 瓦电力，三周后发射机停止工作，卫星于 1958 年 1 月重返大气层，这标志着太空时代的到来。原电池的使用决定了航天器的使用寿命，因为航天器在电池耗尽几周后才会重返大气层。随后，先锋一号发射，它是第一颗搭载太阳能电池和二次（可充电）电池的卫星，可在日食期间提供电力。从那时起，人造卫星的复杂性和对电力的需求大幅增加，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。

1.1 卫星发射情况

自早期以来，卫星发射频率日益增加，过去 40 年全球发射的航天器数量不断增长，不仅发射数量增多，卫星尺寸也在增大。从最初的几千克重的斯普特尼克一号，到如今可通过现代发射系统送入轨道的大型卫星，其大小可从当前一些发射工具的能力来判断。以下是一些发射工具的有效载荷能力：
| 发射工具 | 低地球轨道（LEO）有效载荷（kg） | 地球静止轨道（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,