8、航天器电力系统：环境挑战与应对策略

航天器电力系统：环境挑战与应对策略

在航天器的设计与运行中，环境因素对其电力系统有着至关重要的影响。了解这些环境因素，对于保障航天器的正常运行和提高其可靠性具有重要意义。

轨道对电力系统的影响

轨道是决定航天器电力系统和热管理系统参数的重要因素。不同类型的轨道会导致不同的日食周期频率和持续时间，这对电力系统，尤其是光伏系统提出了特殊要求。

1. 轨道要素
   • 航天器在近地轨道的运动可以通过六个轨道要素来定义，这些要素将航天器与相对于恒星固定的参考系相关联。常见的近地轨道包括低地球轨道（LEO）、中地球轨道（MEO）、地球同步轨道（GEO）、太阳同步轨道（SSO）和Molniya轨道。
   • 不同轨道对电力系统设计有不同影响。例如，在LEO中，卫星会与中性大气密度的降低、轨道碎片、电离层等离子体、原子氧腐蚀、南大西洋异常周围带电粒子的增加以及太阳电磁辐射（紫外线）相互作用。而在GEO中，主要关注的环境因素是外电子带、太阳紫外线辐射、宇宙射线和太阳粒子辐射。
2. 日食时间
   • 日食会给航天器的电力系统和热管理系统带来问题。在日食期间，航天器的整体平衡温度可能会显著下降，太阳能电池将停止工作。
   • 对于一般轨道，计算日食时间没有封闭形式的解决方案，其取决于发射时间和日期、轨道偏心率、节点经度和近地点参数等变量。对于特殊轨道，如LEO卫星通常在每个轨道都会经历日食，持续时间约为周期的一半；而GEO卫星每年只有在秋分和春分前后进入日食季节，每个季节持续约46天