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