46、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. 航天时代的开端与电力需求增长

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，它仅依靠银锌原电池作为唯一电源，为两个发射机提供 1 瓦电力。三周后发射机停止工作，卫星于 1958 年 1 月重返大气层，原电池的使用寿命实际上决定了航天器的有效寿命。随后，先锋一号成为第一颗搭载太阳能电池和可充电电池的卫星，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，卫星从最初的科学好奇品，发展成为现代通信、气象、观测、导航、大地测量、国防、娱乐和科学发现等领域不可或缺的工具。

自早期以来，卫星发射频率显著增加，卫星的数量和尺寸都在不断增长。表 1 展示了当前一些常见运载火箭的有效载荷能力：
| 运载火箭 | 近地轨道（kg） | 地球同步轨道（kg） | 地球同步转移轨道（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大量有效载荷送入轨道，但发射成本仍然很高，通常每千克进入低地球轨道的成本高达数千美元。这使得最小化质量和提高系统可靠性变得至关重要，尤其是对于航天器的总线系统。

与地球和空中的电力系统相比，太空电力系统面临着独特的挑战。例如