5、航天器电力技术：从基础到应用

航天器电力技术：从基础到应用

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发射升空，它仅搭载了银锌原电池作为唯一的电源，为两个发射器提供 1 瓦电力，三周后发射器停止工作，卫星于 1958 年 1 月重返大气层，这标志着太空时代的黎明。此后不久，先锋一号发射，它是第一颗搭载太阳能电池和二次（可充电）电池的卫星，电池用于在卫星处于日食期间提供电力。

自那时起，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。从发射频率来看，过去 40 年全球航天器发射数量不断增加，卫星的规模也日益增大。表 1 展示了几种当前运载火箭的有效载荷能力：
| 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 |
| 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，但发射成本仍然极高，通常每千克进入近地轨道的成本高达数千美元。这使得航天器设计中对最小质量和高系统可靠性的要求极高，尤其是对于总线系统。与地面和机载电力系统相比，空间电