航天器电力技术:从起源到架构
1. 航天时代的开端
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的电源。这枚电池为两个发射器提供 1 瓦电力,三周后发射器停止广播。卫星于 1958 年 1 月重返大气层,标志着太空时代的黎明。原电池(即不可充电电池)实际上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重返地球大气层。
随后不久,先锋一号发射,它是第一颗搭载太阳能电池并与二次(即可充电)电池耦合的卫星。这些电池用于在日食期间提供电力。从那时起,人造卫星的复杂性以及对电力的需求呈指数级增长。曾经的科学奇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,卫星发射的频率越来越高,这一事件已变得司空见惯。过去 40 年全球航天器发射数量不断增加,而且不仅发射数量增多,卫星的尺寸也在增大。早期的斯普特尼克一号仅有几公斤重,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) |
| — | — | — | — |
| 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 |
| Shu
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