40、航天器电力技术:从起源到架构

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

【四轴飞行器】非线性三自由度四轴飞行器模拟器研究(Matlab代码实现)内容概要:本文围绕非线性三自由度四轴飞行器的建模与仿真展开,重点介绍了基于Matlab的飞行器动力学模型构建与控制系统设计方法。通过对四轴飞行器非线性运动方程的推导,建立其在三维空间中的姿态与位置动态模型,并采用数值仿真手段实现飞行器在复杂环境下的行为模拟。文中详细阐述了系统状态方程的构建、控制输入设计以及仿真参数设置,并结合具体代码实现展示了如何对飞行器进行稳定控制与轨迹跟踪。此外,文章还提到了多种优化与控制策略的应用背景,如模型预测控制、PID控制等,突出了Matlab工具在无人机系统仿真中的强大功能。; 适合人群:具备一定自动控制理论基础和Matlab编程能力的高校学生、科研人员及从事无人机系统开发的工程师;尤其适合从事飞行器建模、控制算法研究及相关领域研究的专业人士。; 使用场景及目标:①用于四轴飞行器非线性动力学建模的教学与科研实践;②为无人机控制系统设计(如姿态控制、轨迹跟踪)提供仿真验证平台;③支持高级控制算法(如MPC、LQR、PID)的研究与对比分析; 阅读建议:建议读者结合文中提到的Matlab代码与仿真模型,动手实践飞行器建模与控制流程,重点关注动力学方程的实现与控制器参数调优,同时可拓展至多自由度或复杂环境下的飞行仿真研究。
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