航天器電源系統(tǒng)

前言

　　1957年，蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星并成功進(jìn)入低地球軌道。隨后的幾十年中，美國(guó)發(fā)射了大量的地球軌道衛(wèi)星用于空間探索計(jì)劃。第一枚商用地球同步軌道衛(wèi)星——國(guó)際通信衛(wèi)星1號(hào)（Sptltnik I）于1965年成功入軌。之后的1969年，NASA的阿波羅11號(hào)（Apollo11）成為第一艘登上月球的載人航天器。此后，許多國(guó)家都相繼成功地開展了大大小小的空間計(jì)劃。2003年，太空迎來了第一位游客，同年，中國(guó)首次實(shí)現(xiàn)了載人航天飛行，成為繼俄羅斯和美國(guó)之后的第三個(gè)將人送上太空的國(guó)家。2004年，美國(guó)總統(tǒng)布什宣布了新的太空行動(dòng)計(jì)劃，擬于2015年重返月球，隨后奔向火星。同年，中國(guó)和印度分別宣布將計(jì)劃于2010年發(fā)射無人航天器登陸月球。在商用方面，目前的全球通信技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)使得衛(wèi)星成為國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)中不可缺少的重要部分。當(dāng)今世界，已經(jīng)有很多國(guó)家都擁有發(fā)射衛(wèi)星和操控衛(wèi)星的能力?！　∵^去，美國(guó)政府為空間產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了大量經(jīng)費(fèi)，而通信衛(wèi)星卻受控于非政府的市場(chǎng)化運(yùn)作方式。20世紀(jì)90年代，個(gè)人通信系統(tǒng)的發(fā)展、遙感范圍的擴(kuò)充以及允許出售遙感數(shù)據(jù)都可視為空間產(chǎn)業(yè)發(fā)展的里程碑。在2000年的國(guó)際通信衛(wèi)星市場(chǎng)中，28顆衛(wèi)星的成本是120億美元，其中約有50％份額流向一些美國(guó)公司，此外還有發(fā)射保險(xiǎn)費(fèi)用以及約占發(fā)射和衛(wèi)星成本7％～15％的一年內(nèi)軌道修正費(fèi)用。據(jù)美國(guó)航天部門稱，2003年的發(fā)射次數(shù)為90次，2012年預(yù)計(jì)為150次。這些計(jì)劃象征著商用市場(chǎng)的進(jìn)一步擴(kuò)大。產(chǎn)業(yè)的發(fā)展推動(dòng)著技術(shù)的發(fā)展。隨之而來新的商業(yè)機(jī)會(huì)也會(huì)迅速出現(xiàn)，未來航天工業(yè)也會(huì)依托這些商業(yè)得到發(fā)展。

內(nèi)容概要

本書全面介紹了國(guó)際航天器電源領(lǐng)域的技術(shù)和發(fā)展現(xiàn)狀，涵蓋了整個(gè)電源系統(tǒng)的主要內(nèi)容，包括設(shè)計(jì)、分析和使用的各個(gè)方面，以及能量轉(zhuǎn)換、能量存儲(chǔ)、功率調(diào)節(jié)、能量管理和運(yùn)行操作的基礎(chǔ)知識(shí)。這些都對(duì)工程技術(shù)人員在進(jìn)行航天器電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)和使用時(shí)有所幫助。同時(shí)，本書針對(duì)具體航天器列舉出了一些數(shù)據(jù)和曲線的代表值或平均值，可供參考。

書籍目錄

縮略語(yǔ)下標(biāo)符號(hào)涉及公司及商標(biāo)第一篇電源系統(tǒng)綜述第一章衛(wèi)星概述第二章近地空間環(huán)境第三章電源系統(tǒng)的選擇第四章太陽(yáng)電池陣-蓄電池電源系統(tǒng)第五章環(huán)境影響第六章電源系統(tǒng)需求第七章電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)和迭代過程第二篇太陽(yáng)電池陣-蓄電池組電源系統(tǒng)第八章太陽(yáng)電池陣第九章化學(xué)電池第十?電源電磁元件第十一章配電電纜和保護(hù)第十二章輔助元件第三篇電源系統(tǒng)性能第十三章能量平衡與功率管理第十四章動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性第十五章電磁干擾和電磁兼容第十六章電子靜態(tài)放電第十七章可靠度和降額第十八章總裝和測(cè)試第四篇特殊電?系統(tǒng)第十九章太陽(yáng)系內(nèi)及深空間飛行任務(wù)第二十章放射性同位素溫差電源第二十一章交流發(fā)電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)第二十二章大功率高電壓系統(tǒng)第二十三章電推進(jìn)第二十四章燃料電池第二十五章飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)第二十六章空間超導(dǎo)第二十七章微波束能量衛(wèi)星

章節(jié)摘錄

　　已知的不確定性清楚地告訴人們，還需要對(duì)磁化等離子體的成果更好地理會(huì)研究，包括對(duì)電子束穿過等離子體產(chǎn)生的擾動(dòng)等?！　〉?次電力繩實(shí)驗(yàn)將涉及到電子束。在地磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電磁力（EMF）將被用于電子槍操作，電子槍從航天飛機(jī)上向周圍等離子體發(fā)射電子束。電子槍陰極產(chǎn)生的部分電子可能不會(huì)脫離航天器，而是漏到了陽(yáng)極（航天器的接地），產(chǎn)生負(fù)電勢(shì)堆積。該堆積電勢(shì)是漏電流與中和電流比值的敏感函數(shù)，針對(duì)等離子體中隨機(jī)離子對(duì)中和過程的影響情況，目前正在對(duì)這種電勢(shì)進(jìn)行研究?！　」烙?jì)漏電流對(duì)航天飛機(jī)電勢(shì)的影響時(shí)忽略了電子束和周圍等離子體的相互影響。實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常觀察到周圍等離子體的強(qiáng)列擾動(dòng)，但迄今為止的實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻并沒有得到因電子發(fā)射影響航天器電勢(shì)大小的確定結(jié)論。航天飛機(jī)和空天實(shí)驗(yàn)室1號(hào)的實(shí)驗(yàn)顯示，注入等離子體羽流并同時(shí)注入電子束，能將航天器的堆積電荷中和。這傾向可證明將羽流作為等離子體接觸器的有效性。離子接觸器是一個(gè)術(shù)語(yǔ)，是在人們期望把產(chǎn)生等離子體的航天器作為導(dǎo)體，接觸到比其幾何面積大很多的有效環(huán)境等離子體區(qū)域。NASA所形成的研究理論表明，等離子體接觸器不僅大大增強(qiáng)了離子收集度，而且充當(dāng)著向空間等離子體注入電流的有效電流源。但是這種論斷的理論基礎(chǔ)，就像用經(jīng)驗(yàn)判斷一樣，并不適合精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)，兩者都需要做進(jìn)一步的完善?！　∮捎谠谲夁\(yùn)行時(shí)，負(fù)載電流的脈動(dòng)、感應(yīng)電壓和等離子體性能的起伏等因素的影響，繩發(fā)電系統(tǒng)隨時(shí)間而變化。對(duì)這種變化的幅度也已進(jìn)行了研究，利用把系統(tǒng)視為終端負(fù)載和分配RC線路的方法確定了影響的因素。雖然系統(tǒng)時(shí)變很大，但相應(yīng)的時(shí)間常數(shù)很小，這也允許系統(tǒng)采用準(zhǔn)靜態(tài)方式做出反應(yīng)。后一個(gè)結(jié)論同樣與類似ELF天線功能的系統(tǒng)中的電子槍電流脈動(dòng)有關(guān)。　　當(dāng)先前的研究表明，與真空中調(diào)制天線相比，導(dǎo)電繩是一種有效的ELF波發(fā)電機(jī)，并且這種波與地球電離層空洞耦合很小，也許導(dǎo)電繩系統(tǒng)當(dāng)然就成為一種有用的電源。

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無

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