4、航天器电力技术：现状、挑战与未来展望

航天器电力技术：现状、挑战与未来展望

1. 航天器发展历程与电力需求增长

自1957年10月4日，184磅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，标志着太空时代的到来。但原电池的特性决定了航天器的使用寿命，因为电池耗尽后不久，卫星便会重新进入大气层。随后，先锋一号（Vanguard I）成为第一颗携带太阳能电池与二次电池（即可充电电池）的卫星，二次电池用于在日食期间提供电力。

从那时起，人造卫星的复杂性和对电力的需求呈指数级增长。如今，卫星已成为现代通信、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。卫星发射的频率也日益增加，不仅数量增多，卫星的尺寸也不断增大。当前一些发射载具的有效载荷能力如下表所示：
| 发射载具 | 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 |
| Shuttle | 24,400 | 5,900 | - |

尽管现代发射系统能够轻松将巨大的有效载荷送入轨道，但发射成本仍然很高，通常每千克送入近地轨道的成本高达数千美元。这使得航天器的设计必须在质量、可靠性和成本之间进行权衡。

2. 航天器与地球电力系统的差异<