2、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. 航天器电力发展的开端

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，它仅搭载了银锌原电池作为唯一的电源。该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，标志着太空时代的到来。原电池（不可充电）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（Vanguard I）发射，它是第一颗搭载太阳能电池并与二次（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，曾经的科学奇思妙想如今已成为现代通信、气象、观测、导航、大地测量、国防、娱乐以及科学发现中不可或缺的工具。

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 年全球发射的航天器数量不断增加，不仅发射的卫星数量增多，卫星的尺寸也在增大。如今，虽然使用现代发射系统可以相对轻松地将巨大的有效载荷送入轨道，但发射成本仍然很高（通常每千克送入低地球轨道需要数千美元）。这使得最小化质量和提高系统可靠性变得尤为重要，特别是对于航天器的总线系统。

2. 航天器电力系统与地面电力系统的差异

航天器电力系统的设计与地面电力系统有很大不同。地面电力系统的规模通常为数十到数百兆瓦，能源来源广泛，包括水力、煤炭、核能、大型旋转机械或化学能源等。传输采用高压交流标准，开关和电压转换相对简单，成本通过规模效应来解决，能源管理由供应商根据客户需求进行调整，并且有大型互联电网提供冗余。

而航天器电力系统通常为 1 到 10 千瓦，能源选择