22、航天器电力技术：从起源到应用

航天器电力技术：从起源到应用

1. 航天器电力的起源与发展

1957 年 10 月 4 日，184 磅重的人造卫星斯普特尼克一号（Sputnik I）发射升空，它携带银锌原电池作为唯一电源，电池仅提供 1 瓦电力供两个发射器工作，三周后发射停止，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数周后才会重返大气层。

随后，先锋一号（Vanguard I）发射，它是第一颗携带太阳能电池与二次（可充电）电池的卫星，电池用于在卫星处于日食期间提供电力。从那时起，人造卫星的复杂性和对电力的需求呈指数级增长，曾经的科学好奇事物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 卫星发射的增长

自早期以来，卫星发射变得越来越普遍。过去 40 年全球航天器发射数量不断增加，不仅发射数量增多，卫星尺寸也在增大。从最初的斯普特尼克一号仅有几千克，到如今的卫星大小可通过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） |
| — | — | — | — |
| 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 |
| Shuttl