37、人造卫星：从起源到电力系统的深度解析

人造卫星：从起源到电力系统的深度解析

1. 人造卫星的起源与发展

1957 年 10 月 4 日，重达 184 磅的人造卫星斯普特尼克一号（Sputnik I）成功发射，它标志着太空时代的黎明。这颗卫星仅携带了银锌原电池作为唯一的电源，电池为两个发射器提供了一瓦的电力，三周后发射器停止广播。卫星于 1958 年 1 月重新进入大气层，而原电池（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新进入地球大气层。

随后不久，先锋一号（Vanguard I）发射升空，它是第一颗携带太阳能电池并与二次（即可充电）电池耦合的卫星。这些电池用于在卫星处于日食期间提供电力。从那时起，人造卫星的复杂性以及使其正常运行所需的电力需求都有了巨大的增长。曾经仅仅是科学好奇的事物，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 卫星发射情况

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的增长情况清晰地展示了这一趋势。而且，这种增长不仅体现在发射卫星的数量上，卫星的尺寸也在不断增大。最初的斯普特尼克一号仅重几公斤，而如今卫星的大小可以通过当前一些运载火箭的能力来判断，如下表所示：
| 运载火箭 | 低地球轨道（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 | - |