43、航天器电力系统：从起源到设计的全面解析

航天器电力系统：从起源到设计的全面解析

1. 航天器发展的开端

1957 年 10 月 4 日，第一颗人造卫星斯普特尼克一号（Sputnik I）发射升空，它重 184 磅，仅配备了银锌原电池作为唯一的电源。这一电池为两个发射器提供 1 瓦的电力，三周后发射器停止广播。卫星于 1958 年 1 月重返大气层，标志着太空时代的黎明。原电池（即不可充电电池）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会重返地球大气层。

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（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对使其正常运行所需的电力需求都大幅增加。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，卫星发射频率不断增加，如今已成为常见事件。过去 40 年全球航天器发射数量呈现出增长趋势。这种增长不仅体现在发射卫星的数量上，还体现在卫星的尺寸上。最初的斯普特尼克一号仅重几千克，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） | 地球静止轨道（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 |