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李国欣主编 著

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出版社： 中国宇航出版社

ISBN：9787802184022

商品编码：10613514413

出版时间：2010-09-03

作  者: 李国欣 主编 著作 定  价:198 出 版 社:中国宇航出版社 出版日期:2010年09月03日 装  帧:精装 ISBN:9787802184022 ●航天器电源系统技术概论：上
●  **篇 电源系统
●    第1章 绪论
●    1.1 定义和功能
●    1.2 分类和组成
●    1.2.1 分类
●    1.2.2 组成
●    1.3 供电系统
●    1.3.1 主电源
●    1.3.2 储能电源
●    1.3.3 电源控制设备
●    1.4 配电系统
●    1.5 太阳电池阵－蓄电池组电源系统
●    1.6 空间电源的应用
●    参考文献
●    第2章 太空环境和太阳能辐照
●    2.1 太空环境的概念
●    2.1.1 行星际空间环境
●    2.1.2 行星际空间中的高能粒子环境
●    2.1.3 太阳电磁辐照
●部分目录

内容简介

本书密切结合当前航天器电源系统及其主电源太阳电池阵、储能电源蓄电池组和电源控制设备的研究、设计、制造、测试、试验和应用，较详尽地论述了航天器电源系统及其太阳电池阵、蓄电池组和电源控制设备的理论、技术和用途。
    本书可供从事航天器总体和电源系统专业技术领域研究、设计、制造、测试、试验和应用的广大工程技术人员及管理干部阅读，也可作为高等学校有关专业高年级本科生和研究生的选修课教材或参考书。
    **章  绪论
    遨游太空，探索浩瀚的宇宙，是人类千百年来的美好梦想。人类为了扩大社会生产活动，必然要不断探索新的天地。人类的活动范围，从熟悉的陆地走向海洋，从海洋飞向天空（大气层），再从天空奔向太空（宇宙空问）——人类开始迈进第四个生存空问。人类活动范围的每一次飞跃，都大大增强了人类认识和改造自然的能力，促进了生产力的发展和社会进步。
    1957年10月4日，苏联用卫星号运载火箭将世界上**颗人造地球卫星——卫星1号送入太空。这颗卫星呈球形，外径0.58m，外伸4根条形天线，质量为83.6k9。卫星在天上正常工作了3个月。
    同年11月3日，苏联发射了第2颗卫星等

《星海的律动：航天器能源的演进与未来》 在浩瀚无垠的宇宙深处，每一艘承载着人类探索梦想的航天器，都如同精密的生命体，其“心脏”——能源系统，跳动着不息的脉搏，支撑着它们穿越黑暗，抵御严酷环境，完成一项项伟大的科学使命。本书并非一本枯燥的技术手册，而是一曲关于航天器电源系统技术发展历程的壮丽诗篇，一次穿越时空的能源探索之旅。它将带领读者深入了解，在人类仰望星空、迈向宇宙的每一步征途中，那些看不见但至关重要的能源技术是如何孕育、成长，并最终成为推动航天事业飞跃的基石。 本书的上篇，将焦点置于航天器能源技术的“奠基与发展”。我们将回顾那个充满激情与勇气的时代，从早期航天竞赛的烽火岁月，到载人航天和深空探测的里程碑。在这里，读者将有机会触碰到那些塑造了早期航天器电源格局的关键技术。 首先，我们将目光投向早期化学电池技术。读者将了解到，那些在火箭升空瞬间点燃梦想的化学能量，是如何被巧妙地转化为驱动早期航天器运转的电力。从一次性干电池到更复杂的银锌电池、镍镉电池，这些技术在有限的条件下，为早期的卫星和探测器提供了至关重要的能源。我们会探讨它们的工作原理，分析它们的优缺点，以及工程师们如何在材料科学和化学反应的边界上不断突破，以提高能量密度、延长使用寿命，并应对极端温度和辐射环境的挑战。这段历史，不仅仅是技术参数的堆砌，更是人类智慧在物质科学领域的一次次勇敢尝试。 随后，我们将深入探索放射性同位素温差发电机（RTG）在深空探测中的“长明灯”角色。想象一下，在遥远的太阳系外，当太阳的光芒微弱到几乎无法感知，是什么在为旅行了数十载、数千载的探测器提供源源不断的能量？RTG便是这样的奇迹。本书将详细解析其核心原理——放射性衰变产生的热能，如何通过温差电效应转化为电能。我们将追溯RTG技术的起源，了解其在“旅行者号”、“好奇号”等著名深空探测器上的应用实例，分析其在提供长期稳定、不受环境限制能源方面的独特优势，以及相关的安全考量和技术难点。读者将深刻理解，RTG如何赋予了人类探测宇宙最深处、最遥远角落的可能。 当然，我们也绝不能忽视早期太阳能电池技术的飞跃。太阳，这个近乎无限的能源宝库，是如何被人类征服并应用于航天领域的？本书将带领读者回到太阳能电池技术发展的起点，从最初的硅太阳能电池，到后来的多结太阳能电池。我们将探究光伏效应的科学原理，分析不同类型太阳能电池在能量转换效率、成本、稳定性等方面的演进。读者将了解到，工程师们如何在材料选择、电池结构设计、抗辐射加固等方面下足功夫，使得太阳能帆板从笨重、低效的装置，发展成为能够为空间站、通信卫星提供强大动力的现代“能量之翼”。我们将重点关注太阳能帆板展开与回收机构、太阳帆板姿态控制系统等关键技术，以及它们在复杂空间环境下的可靠性保障。 除了这些核心能源技术，上篇还将触及能量存储与管理的早期探索。在航天器的工作过程中，能源并非总是源源不断，尤其是在阴影区或面临瞬时高功耗需求时。因此，高效的电池技术和能量管理系统至关重要。本书将介绍早期的蓄电池、能量缓冲技术，以及如何通过简单的电源控制器来分配和管理电能，确保航天器在各种工况下都能稳定运行。我们将探讨这些早期系统的设计理念，以及它们为日后更加复杂的能源管理系统奠定的基础。 总之，本书的上篇，将是一次充满历史厚重感的旅程，通过对化学电池、RTG以及早期太阳能电池技术的梳理，让读者深刻理解航天器能源技术是如何从无到有，一步步克服技术瓶颈，为人类的太空探索奠定坚实的物质基础。这些技术，虽然在今天看来或许已非最前沿，但它们所代表的创新精神和技术突破，至今仍闪耀着智慧的光芒。 本书的下篇，则将视角转向“革新与展望”，深入探讨当前航天器电源技术的最新进展，以及面向未来的前沿探索。我们将看到，随着人类对太空探索的期望不断提高，对能源系统的要求也变得更加苛刻和多元。 首先，我们将重点解析现代高效太阳能电池技术的辉煌成就。随着材料科学和半导体技术的飞速发展，新一代太阳能电池不断涌现。本书将详细介绍多结太阳能电池的原理及其在提高能量转换效率方面的显著优势，分析其在“阿尔特米斯”登月计划和火星探测器等高要求任务中的应用。我们还将探讨柔性太阳能电池、薄膜太阳能电池等新型技术，它们在减轻航天器重量、实现复杂外形覆盖方面展现出的巨大潜力。读者将了解到，工程师们如何通过纳米技术、量子点技术等前沿手段，不断刷新太阳能电池的性能极限，使其成为当前和未来航天器最主流的能源供应方式。 接着，我们将目光聚焦于先进能源存储技术的革命性进展。如果说高效的能源采集是“输入”，那么高效的能源存储就是“蓄积”与“释放”的关键。本书将深入探讨锂离子电池技术在航天领域的应用，分析其高能量密度、长循环寿命的优势，以及在应对空间辐射和极端温度方面的技术挑战和解决方案。我们还将展望下一代电池技术，如固态电池、锂硫电池、金属空气电池等，它们承诺着更高的能量密度、更快的充电速度和更出色的安全性，有望为未来的深空探测和载人航天任务提供强大的动力支撑。此外，超级电容器等快速充放电储能技术，在应对瞬时高功率需求方面扮演着重要角色，其在航天器中的应用也将得到详细阐述。 与此同时，核能技术在航天领域的应用，正迎来新的发展契机。本书将探讨小型化核反应堆和先进核热电转换技术的最新进展。这些技术有望为需要巨大能源的长期深空任务，例如载人火星任务、小行星带探测等，提供强大且可靠的动力源。我们将分析核能作为一种高能量密度、不受环境限制的能源形式，在克服长距离、长时间太空旅行中的能源瓶颈方面所展现出的巨大潜力，以及相关的技术挑战和安全防护措施。 在能源管理方面，智能化与集成化已成为发展的必然趋势。本书将介绍先进电源管理系统（PMS）的设计理念，包括基于人工智能的能源预测与优化、分布式电源管理架构、以及能量回收与再利用技术。读者将了解到，如何通过精密的软件算法和硬件设计，实现航天器能源系统的高效、可靠和自适应运行，最大程度地延长任务寿命，并提高任务成功率。 此外，本书还将对新兴的能源获取方式进行前瞻性探讨。例如，空间太阳能电站（SBSP）的概念，设想在太空部署大型太阳能收集装置，并将能量无线传输回地球或其他空间站。尽管目前仍处于概念和早期研究阶段，但它代表着人类对未来无限能源的极致想象。本书将从技术可行性、挑战以及潜在的应用价值等多个维度进行分析。 最后，本书将回归“技术与使命”的宏大视角。我们将探讨不同类型的航天器（如科学探测器、通信卫星、载人飞船、空间站等）对能源系统的具体需求，以及它们如何驱动着能源技术的不断演进。从为科学仪器提供稳定电力，到驱动通信天线实现信息传输，再到为生命维持系统提供保障，航天器电源系统是实现一切太空探索活动的核心。我们将强调，技术的每一次突破，都是为了更好地实现人类探索宇宙、拓展生存空间的伟大使命。 《星海的律动：航天器能源的演进与未来》是一部关于能源、关于探索、关于人类对未知世界永恒追求的史诗。它不仅仅是技术的梳理，更是对驱动人类文明前进的智慧和勇气的礼赞。通过对过去、现在和未来的深入洞察，本书将激发读者对航天事业更深层次的理解和热情，并对人类在宇宙中的未来充满无限的遐想。

评分☆☆☆☆☆

这本书的专业性毋庸置疑，从目录的编排就能看出其内容的深度和广度。我最感兴趣的是关于“空间核动力源”的章节，这里并非简单介绍“核动力”，而是细致入微地剖析了其在航天器上的具体应用。作者首先从理论层面，详细阐述了不同类型核动力源（如放射性同位素热电发生器RTG、裂变反应堆、聚变反应堆等）的工作原理，并用大量的图表和公式清晰地展示了其能量转换效率、功率输出范围以及热辐射特性。随后，章节深入到工程实现的细节，包括了核动力源的结构设计、材料选择（特别是耐高温、抗辐射的材料）、冷却系统、以及重要的安全防护措施。书中特别强调了在太空环境中，核动力源的安全性至关重要，详细介绍了多层防护设计、应急响应机制以及失效模式分析等。我尤其欣赏的是，作者在讨论裂变反应堆时，并没有回避其固有的风险，而是详细列举了包括燃料管理、中子控制、废料处理等一系列在设计和运行过程中需要严密考虑的工程问题，并提供了当前主流的解决方案。此外，书中还对不同任务场景下选择何种核动力源进行了分析，例如，对于深空探测任务，RTG因其稳定性和长寿命而成为首选；而对于未来的大型空间站或行星基地，则可能需要更强大的裂变反应堆。这部分内容的严谨性和实践性，让我对核动力源的复杂性及其在航天领域的巨大潜力有了更深刻的认识。

评分☆☆☆☆☆

我对书中关于“推进系统中的能源供给”这一部分内容尤为着迷。通常，人们会更多地关注推进器本身的工作原理，但这本书却将焦点放在了为这些推进器提供动力的能源系统上。作者并没有仅仅停留在“能量来自哪里”的层面，而是深入探讨了不同推进方式对电源系统的特殊要求。例如，在阐述电推进技术时，书中详细分析了离子推进器、霍尔推进器、以及电磁推进器等对高功率、高电压、以及稳定直流电源的依赖。作者用一系列实际的航天器任务案例，例如“黎明号”探测器上的离子推进系统，来具体说明电源系统在任务执行过程中所扮演的关键角色，包括了如何在高效率的同时保证电源的稳定性，避免因电压波动而导致的推进效率下降甚至系统损坏。更让我印象深刻的是，书中还探讨了化学推进与电推进在电源系统上的差异化需求。化学推进器通常需要瞬间爆发巨大的能量，这对电源系统的瞬时功率输出和快速响应能力提出了挑战；而电推进器则需要持续、稳定的长周期供能，这对电源系统的可靠性和能量密度有着极高的要求。书中还提及了电源系统与推进系统之间的耦合优化问题，例如如何根据推进任务的需求，智能地分配和调节电源功率，从而最大化推进效率并延长任务寿命。这部分内容让我意识到，电源系统并非仅仅是“供电”那么简单，而是与航天器的整体性能紧密相关的核心支撑。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙述风格在不同的章节呈现出令人惊喜的多样性，这让我觉得非常人性化，而非刻板的教科书。在关于“地面电源设备与航天器电源接口”的章节，作者展现了一种严谨而实用的工程师思维。这里的描述非常具体，从地面测试设备的选型、校准，到与航天器电源接口的标准、连接方式，再到接地、屏蔽等细节，都描绘得非常详实。我尤其喜欢书中对于“电气兼容性”的阐述，它详细解释了为什么在地面测试阶段，确保航天器电源系统与地面设备的电气兼容性如此重要，包括了电压、电流、频率、信号类型等各个方面的匹配。书中还列举了一些因为电气兼容性问题导致地面测试失败，甚至影响任务进度的案例，这让我深刻体会到细节决定成败的道理。作者还对不同类型航天器（如卫星、探测器、载人飞船）在电源接口设计上的共性与差异进行了分析，并强调了标准化在降低成本、提高互操作性方面的重要意义。这部分内容虽然不如前几部分那样宏大，但其扎实的工程实践指导意义，让我对航天器的研制过程有了更直观的认识。

评分☆☆☆☆☆

书中对于“航天器电源系统的故障诊断与排除”的详尽论述，着实让我这个非专业读者都感到受益匪浅。作者并没有仅仅停留在“如何设计一个好的电源系统”，而是充分考虑了“系统可能出现的问题”。这部分内容以一种案例分析的形式展开，列举了各种典型的电源故障场景，例如电压骤降、电流异常、短路、开路、以及元器件老化导致的性能衰减等。书中详细分析了这些故障可能的原因，以及如何通过遥测数据、地面诊断工具、甚至 onboard 的智能诊断算法来定位故障源。我印象最深的是，作者对“故障预测与健康管理（PHM）”技术的介绍，如何通过对电源系统运行数据的实时监控和分析，提前预警潜在的故障，从而采取预防措施，避免事态的进一步恶化。书中还提供了不同级别故障的处理流程，从简单的软故障的远程修复，到需要地面干预的硬故障的应对策略。这种实用主义的讲解方式，让我深刻理解到，一个可靠的航天器电源系统，不仅仅在于其设计之初的鲁棒性，更在于其全生命周期的故障管理能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就带着一种沉稳而专业的质感，深蓝色的背景，点缀着星轨和遥远的星系，中央则是醒目的书名“航天器电源系统技术概论(上.下)”。当我翻开第一页，一股浓厚的学术气息扑面而来。首先吸引我的是书中对历史的回顾，从早期探空火箭的简易电池，到阿波罗计划中燃料电池的突破，再到现代航天器上更为复杂的太阳能电池阵列和放射性同位素热电发生器，每一个里程碑都被细致地梳理。作者并非简单罗列，而是深入剖析了这些技术在当时所面临的挑战，以及科学家们是如何通过创新思维和艰苦卓绝的实验来克服的。例如，在描述阿波罗任务时，书中花了大量篇幅讲解了燃料电池的工作原理、结构设计、以及在极端太空环境下如何保证其稳定性和安全性，包括了材料的选择、热管理、电解质的稳定性等方面，让我对这项关键技术有了前所未有的理解。同时，书中还穿插了一些鲜为人知的趣事和技术细节，比如早期航天器电源系统中遇到的材料衰减问题，以及为了解决这些问题而进行的各种实验，这些细节极大地丰富了阅读体验，让我仿佛置身于那个充满探索精神的时代，感受到了那个时代工程师们的智慧和勇气。我尤其欣赏的是，作者在介绍一项技术时，总是能将其置于整个航天发展的大背景下进行解读，强调了技术进步如何推动航天事业的发展，以及航天事业又如何反过来促进了电源技术自身的革新。这种宏观与微观相结合的叙述方式，使得这本书不仅仅是一本技术手册，更是一部航天电源技术发展史的生动写照。

评分☆☆☆☆☆

在我阅读《航天器电源系统技术概论（上、下）》的过程中，对书中关于“电源系统与通信/遥测系统的协同工作”这一部分的讨论，留下了深刻的印象。通常，人们会将电源系统和通信/遥测系统视为两个相对独立的子系统，但这本书却清晰地阐述了它们之间密不可分的联系。作者首先从基本原理上，解释了通信和遥测需要稳定的电源供应，包括了对电压、电流、以及电源噪声的严格要求。书中详细分析了，为什么不稳定的电源会直接导致通信信号失真、遥测数据错误，甚至通信中断，这对于远离地球的航天器而言，后果是灾难性的。我尤其欣赏的是，书中对“电源状态信息”在遥测系统中的重要性进行了强调。作者阐述了，如何通过遥测系统将电源系统的各项关键参数（如电压、电流、温度、电池电量等）实时回传到地面，以便工程师进行状态监测、故障诊断以及任务规划。更进一步，书中还讨论了电源系统如何通过通信系统来接收地面的指令，例如调整功率输出、切换能源模式等，从而实现对电源系统的远程智能控制。这部分内容让我认识到，一个高效的航天器，需要各个子系统之间进行高度协同，而电源系统作为核心支撑，其与通信/遥测系统的紧密集成，是保证航天器任务成功执行的关键。

评分☆☆☆☆☆

从读者角度看，这本书最吸引我的地方在于它对“极端环境下的电源可靠性”这一专题的深入挖掘。作者并没有将航天器电源系统局限于“良好”的工作条件，而是花了不少篇幅来分析和解决在恶劣太空环境中可能遇到的各种挑战。比如，书中详细阐述了宇宙射线、粒子辐射、以及温度剧烈变化对电源器件寿命和性能的影响。作者通过引用大量的实验数据和模拟结果，清晰地展示了不同材料在辐射环境下的降解机制，以及如何通过特殊的屏蔽材料和冗余设计来提高电源系统的抗辐射能力。我尤其欣赏的是，书中对低温和高温环境对电源系统性能的影响分析。例如，在描述深空探测器时，书中探讨了如何在极度寒冷的环境下维持电池的正常工作温度，以及如何通过热管理系统来防止电子元器件因过热而失效。书中还列举了太阳活动期间，例如太阳耀斑爆发可能对航天器电源系统产生的瞬间冲击，以及相应的防护措施。这部分内容让我深刻理解到，设计一个能够在真空、辐射、极端温差等多重考验下稳定运行的电源系统，需要多么细致和全面的考虑。它不仅仅是技术上的堆砌，更是对物理学、材料学、以及工程学多方面知识的综合运用。

评分☆☆☆☆☆

我对书中关于“能源存储技术在航天器上的应用与发展”这一章节的内容，可以说看得津津有味。通常人们对航天器的能源印象多停留在太阳能板或放射性同位素，但这本书却详尽地介绍了能量存储在航天器中的重要性。作者首先回顾了历史上常用的电池技术，从早期的银锌电池到现在的锂离子电池，并详细分析了它们在比能量、功率密度、循环寿命以及安全性等方面的优缺点，以及在不同任务场景下的适用性。书中用了很多篇幅来讨论，为什么仅仅依靠直接发电是不足够的，能量存储系统在应对瞬时高功率需求（如启动发动机）、应对阴影区（如绕地飞行时）、以及作为备用电源等方面所起到的关键作用。我尤其欣赏的是，书中对未来新型储能技术的探讨，例如超级电容器在瞬间大功率放电方面的优势，以及固态电池在能量密度和安全性方面的潜力，并分析了这些技术在航天器上应用的挑战和前景。作者并没有回避技术难度，而是深入分析了材料科学、电化学以及工程制造上的瓶颈。这部分内容让我意识到，储能技术的发展程度，直接关系到航天器任务的续航能力和灵活性，是航天电源系统不可或缺的重要组成部分。

评分☆☆☆☆☆

《航天器电源系统技术概论（上、下）》的作者在“特殊任务下的电源系统挑战”这一专题上，展现出了非凡的洞察力。这里不仅仅是简单提及，而是深入探讨了各种极端任务对电源系统提出的特殊要求。例如，书中详细分析了载人深空探测任务，特别是火星任务，对电源系统的长期可靠性、安全性以及能量密度提出的严苛挑战。作者介绍了如何通过多重冗余设计、主动的故障隔离机制、以及先进的自愈合材料来提高系统的鲁棒性。此外，书中还探讨了在低功耗、长寿命的无人探测器任务中，如何最大化利用有限的能源，例如采用超低功耗电子器件、智能能源管理策略、以及高效的能量收集技术。我尤其被书中关于“行星表面生存”的电源系统设计所吸引，这包括了如何应对行星表面的尘埃、极端的温度变化、以及可能的辐射环境，同时还需要考虑如何与行星资源（如水冰）相结合，以实现就地取材的能源供给。书中还提及了一些更具前瞻性的设想，例如针对小行星采矿任务的便携式、高能量密度的电源需求，以及对未来太空互联网节点供能的需求。这部分内容充分展现了作者在理解不同任务需求和技术可行性之间的平衡方面的深厚功底。

评分☆☆☆☆☆

在阅读《航天器电源系统技术概论（上、下）》的过程中，我被书中对于未来电源技术的展望深深吸引。作者在第四部分，也就是“未来发展趋势与挑战”章节中，并未止步于对现有技术的梳理，而是大胆地预测了下一代航天器电源系统可能的发展方向。这里不仅仅是概念性的展望，而是基于当前技术瓶颈和前沿研究的深入分析。比如，书中详细探讨了如何提高太阳能电池的转换效率，包括了对新型半导体材料的研发、多结太阳能电池的设计思路、以及纳米技术的应用潜力，这些都让我对未来的太空能源获取方式充满了期待。更令我印象深刻的是，书中对核动力源在深空探测中的应用进行了详尽的阐述。作者列举了多种核动力源的候选技术，并对其能量密度、安全性、以及长寿命等关键指标进行了对比分析，同时也非常客观地指出了核动力源在应用过程中可能遇到的伦理、安全以及政治层面的挑战，并提出了相应的解决方案和研究方向。这部分内容让我认识到，虽然核动力源技术复杂且充满争议，但它却是实现载人火星任务、星际移民等宏伟目标的关键。此外，书中还触及了一些更具科幻色彩但并非遥不可及的技术，例如利用空间物质进行能量转换的设想，以及对能量存储技术革新（如固态电池、超级电容等）在航天器上的应用前景的探讨。这部分内容不仅拓展了我的视野，也激发了我对航天科技未来发展的无限遐想。