47、航天器电力系统：选择、设计与应用

航天器电力系统：选择、设计与应用

1. 航天器电力系统的电源选择

航天器电力系统的电源选择取决于多个因素，尤其是任务的持续时间和总功率需求。

1.1 短期任务电源

对于在较长任务框架内相对快速完成的活动，化学系统如原电池、燃料电池或化学动力转换可能是合适的选择，具体取决于所需的总功率。原电池常用于满足运载火箭本身的高功率和高能量需求，以及激活与爆炸级分离相关的烟火装置。

1.2 长期任务电源

对于持续时间较长的任务，选择则限于太阳能电池阵与二次电池或再生燃料电池结合，或者核系统，如反应堆或放射性同位素热电发生器。不过，其他操作问题也会影响主要电源的选择。例如，太阳能电池阵在某些轨道上的生存能力可能使其不被选用，尽管它们在质量、成本等限制范围内能够提供必要的功率。大型太阳能电池阵的机动性受限、核系统不可接受的红外信号水平，或与任务相关传感器的兼容性问题，也可能排除某些原本合理的主要电源选项。

1.3 不同功率需求情况

在一些应用中，可能需要非常大的峰值功率，但持续时间足够短，以至于总能量可能出奇地小。而在其他情况下，如运行中的卫星的日常电力需求，平均功率需求可能适中，但所需电力的时间较长，这就需要大量的总能量。

以下是不同任务的能源需求示例：
|任务类型|功率需求|持续时间|总能量需求|合适电源选择|
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
|军事任务|100 MW|10 分钟|与 10 个 10 kW 任务在轨道上运行 10 年相当|消耗性燃料选项|
|天基雷达|1 MW（1 ms 脉冲）|1 m