航天器電源系統

縮略語
下標符號
涉及公司及商標

第一篇 電源系統綜述

第1章 衛星概述
1．1 簡介
1．2 衛星系統
1．2．1 通信和數據處理系統
1．2．2 姿態和軌道控制系統
1．2．3 跟蹤、遙測和指令系統
1．2．4 電源系統
1．2．5 熱控系統
1．2．6 結構和機械系統
1．2．7 推進系統
1．3 地球軌道分類
1．3．1 地球靜止軌道
1．3．2 地球同步軌道
1．3．3 大橢圓軌道
1．3．4 近地球軌道
1．3．5 太陽同步軌道
1．4 軌道力學
1．5 衛星穩定法
1．5．1 重力梯度
1．5．2 磁穩定
1．5．3 自旋穩定
1．5．4 三軸穩定
1．6 發射和轉移軌道
1．7 運行軌道
1．8 地球的地影
1．8。l 範例
1．9 月亮的月影
1．lO 光通量
1．11 *角
1．12 航天器的質量
參考文獻

第2章 近地空間環境
2．1 簡介
2．2 發射和轉移軌道環境
2．3 在軌環境
2．3．1 失重和真空
2．3．2 磁場
2．3．3 流星體和空間碎片
2．3．4 原子氧
2．3．5 帶電粒子
2．4 範艾倫輻射帶
2．5 太陽風與太陽耀斑
2．6 地磁暴
2．7 核威脅
2．8 總輻射量
參考文獻
第3章 電源系統的選擇
第4章 太陽電池陣一蓄電池電源系統
第5章 環境影響
第6章 電源系統需求
第7章 電源系統設計和迭代過程
第二篇 太陽電池陣——蓄電池組電源系統
第8章 太陽電池陣
第9章 化學電池
第10章 電源電磁元件
第11章 配電電纜和保護
第12章 輔助元件
……

1957年，蘇聯發射了第一顆人造衛星並成功進入低地球軌道。隨後的幾十年中，美國發射了大量的地球軌道衛星用于空間探索計劃。第一枚商用地球同步軌道衛星——國際通信衛星1號（SputnikI）于1965年成功入軌。之後的1969年，NASA的阿波羅11號（Apollo 11）成為第一艘登上月球的載人航天器。此後，許多國家都相繼成功地開展了大大小小的空間計劃。2003年，太空迎來了第一位游客，同年，中國首次實現了載人航天飛行，成為繼俄羅斯和美國之後的第三個將人送上太空的國家。2004年，美國總統布什宣布了新的太空行動計劃，擬于2015年重返月球，隨後奔向火星。同年，中國和印度分別宣布將計劃于2010年發射無人航天器登陸月球。在商用方面，目前的全球通信技術的發展已經使得衛星成為國家基礎建設中不可缺少的重要部分。當今世界，已經有很多國家都擁有發射衛星和操控衛星的能力。

過去，美國政府為空間產業的發展提供了大量經費，而通信衛星卻受控于非政府的市場化運作方式。20世紀90年代，個人通信系統的發展、遙感範圍的擴充以及允許出售遙感數據都可視為空間產業發展的里程碑。在2000年的國際通信衛星市場中，28顆衛星的成本是120億美元，其中約有50％份額流向一些美國公司，此外還有發射保險費用以及約佔發射和衛星成本7％～15％的一年內軌道修正費用。據美國航天部門稱，2003年的發射次數為90次，2012年預計為150次。這些計劃象征著商用市場的進一步擴大。產業的發展推動著技術的發展。隨之而來新的商業機會也會迅速出現，未來航天工業也會依托這些商業得到發展。

預計在2012～2015期間發射的美國空軍第三代GPS很可能是今後20年內最大的防御衛星計劃之一。它將擁有30顆衛星，估計耗資50億美元。新的大規模商用衛星，如歐洲的伽利略（Galileo）導航計劃將有多個國家參與，其中極有可能會包括中國。一些科學任務也繼續為我們提供新的宇宙知識。僅在2001年的春天，夏威夷的凱克（Keck）望遠鏡、法國的普羅旺斯天文台（Haute—ProvenceObservatory）和智利的歐洲南方天文台（Eur。pean Southern Observatory）共發現了11顆新行星，從而使人類發現的其他恆星系中的行星總數達100顆之多。最近，科學家們發現了一個同我們的太陽系非常相似的恆星系。僅在我們所處的太陽系，就發現了qQ顆木星衛星、30顆土星衛星，同時還發現了火星表面以下儲藏著大量的冰。

商用和科學衛星在當今世界都佔據著重要的地位，因而優化它們的技術性能並最終提高投資者的回報便顯得尤為重要。衛星上都有著特定的資源——科學衛星上的儀器設備和通信衛星上的帶寬，它們都需要電源。由此，本書重點針對科學、商用、國防等各應用領域的地球軌道、太陽系、深空探測等備類航天器電源系統的設計、性能和應用進行討論。

航天器電源系統的設計隨著系統元器件的發展和進步得到了快速發展。本書提供了漸進而深入的電源系統的數據和設計過程，以滿足低成本、輕質量的航天器任務要求。2002年衛星的平均發射費用低地球軌道為lO 000美元／kg，地球同步軌道為50 000美元／kg。因此，電源系統的質量大小是設計時需要考慮的一個重要因素，電源設計時衛星任一部件細微燈改變，都會對衛星整體造成某種不利影響，因此設計必須做到整體優化，以減小這些不利因素的影響。同時，工程技術人員應盡可能地應用最新的技術。衛星系統猶如一張蜘蛛網，牽一發而動全身，電源系統中的一個元器件的很小變化也可能會對衛星總體性能產生影響。所以，即使是針對傳統的衛星最優設計，電源系統工程師所要考慮的問題也不僅僅是太陽電池陣和蓄電池。考慮到1998～2002年期間所發射的商用地球同步軌道衛星中，有1／4都存在電源問題，這些在軌運行問題產生的保險索賠額佔據了60%的產業保險索賠額，衛星的電源設計就顯得更加重要。

……