49、太空任务中的电力系统：设计、应用与技术发展

太空任务中的电力系统：设计、应用与技术发展

1. 电力系统概述

在太空任务中，电力系统的选择至关重要，它直接影响着任务的成败。选择合适的电力系统需要综合考虑多个因素，如任务的持续时间、功率需求、轨道环境等。

1.1 主要电源选择

• 短期任务 ：对于在较长任务框架内相对快速完成的活动，化学系统（如一次电池、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。例如，一次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。
• 长期任务 ：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（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，尽管它能在质量、成本等限制范围内提供所需的功率。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。

1.2 功率需求特点

不同的太空任务对功率的需求特点各不相同。有些应用可能需要非常大的峰值功率，但持续时间很短，以至于总能量需求出奇地小；而在其他情况下，如运行中的卫星的日常用电需求，平均功率需求可能适中，但所需功率的时间较长，这就需要大量的总能量。

例如，一个需要100兆瓦持续十分钟的军事任务所需的总能量，大约与十个需要在轨道上运行10年的10千瓦任务所需的总能量相同。在这个例子中，虽然太阳能电池可以设计成提供100兆瓦的