51、航天器电力系统：从基础到应用

航天器电力系统：从基础到应用

1. 航天器电力系统的起源与发展

1.1 早期卫星的电力系统

1957 年 10 月 4 日，184 磅的人造卫星斯普特尼克一号发射升空，它携带银锌原电池作为唯一电源，为两个发射器提供 1 瓦电力，三周后发射器停止工作，卫星于 1958 年 1 月重返大气层，标志着太空时代的开端。原电池的使用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返大气层。随后发射的先锋一号是第一颗携带太阳能电池与二次（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大幅增加，卫星从科学好奇品变成了现代通信、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。

1.2 卫星发射的增长

自早期以来，卫星发射频率变得平常。过去 40 年全球发射的航天器数量不断增长，不仅发射数量增加，卫星尺寸也在增大。从最初仅几千克的斯普特尼克一号，到如今可通过现代发射系统送入轨道的大型卫星。不过，发射成本仍然很高，通常每千克进入低地球轨道需数千美元，这使得对最小质量和高系统可靠性的要求变得尤为重要，特别是对于总线系统。

1.3 太空与地球电力系统的差异

太空电力系统与地球电力系统有显著差异，具体如下表所示：
|属性|地面系统|太空系统|
| ---- | ---- | ---- |
|规模|数十到数百兆瓦|通常一到十千瓦|
|能源|多种选择：水力、煤炭、核能、大型旋转机械等或化学能源|有限选择且注重质量：太阳能、核能|
|传输|高压运行，交流标准，开关和电压转换简化|高压与空间等离子体不兼容，直流标准，需要直流