内容简介

    本书全面介绍了国际航天器电源领域的技术和发展现状，涵盖了整个电源系统的主要内容，包括设计、分析和使用的各个方面，以及能量转换、能量存储、功率调节、能量管理和运行操作的基础知识。这些都对工程技术人员在进行航天器电源系统设计和使用时有所帮助。同时，本书针对具体航天器列举出了一些数据和曲线的代表值或平均值，可供参考。

目录

第1篇电源系统综述

第1章卫星概述
1.1简介
1.2卫星系统
1.2.1通信和数据处理系统
1.2.2姿态和轨道控制系统
1.2.3跟踪、 遥测和指令系统
1.2.4电源系统
1.2.5热控系统
1.2.6结构和机械系统
1.2.7推进系统
1.3地球轨道分类
1.3.1地球静止轨道
1.3.2地球同步轨道
1.3.3大椭圆轨道
1.3.4近地球轨道
1.3.5太阳同步轨道
1.4轨道力学
1.5卫星稳定法
1.5.1重力梯度
1.5.2磁稳定
1.5.3自旋稳定
1.5.4三轴稳定
1.6发射和转移轨道
1.7运行轨道
1.8地球的地影
1.8.1范例
1.9月亮的月影
1.10光通量
1.11β角
1.12航天器的质量
参考文献

第2章近地空间环境
2.1简介
2.2发射和转移轨道环境
2.3在轨环境
2.3.1失重和真空
2.3.2磁场
2.3.3流星体和空间碎片
2.3.4原子氧
2.3.5带电粒子
2.4范艾伦辐射带
2.5太阳风与太阳耀斑
2.6地磁暴
2.7核威胁
2.8总辐射量
参考文献

第3章电源系统的选择
3.1简介
3.2原电池
3.3燃料电池
3.4太阳光伏电池
3.5太阳能聚光器——动力电源系统
3.6核热电
3.7核动力或化学动力
3.8其他系统
3.8.1光伏热（TPV）
3.8.2太阳—热电
3.8.3热离子
3.8.4碱金属热电转换器
3.9技术选项比较
3.10系统电压的选择
3.11功率水平
参考文献

第4章太阳电池阵-蓄电池电源系统
4.1简介
4.1.1太阳电池阵
4.1.2电池组
4.1.3功率调节
4.2电源系统结构体系
4.2.1直接能量传输
4.2.2峰值功率跟踪
4.3全调节母线
4.3.1太阳电池阵
4.3.2太阳电池阵驱动装置
4.3.3分流器
4.3.4电池组
4.3.5功率调节单元
4.3.6功率分配单元
4.3.7母线电压控制器
4.3.8模式控制器
4.3.9蓄电池组母线
4.3.10功率和能量管理软件
4.3.11负载
4.3.12地面电源
4.4母线电压控制
4.5控制电路
4.5.1模拟控制电路
4.5.2数字控制电路
4.5.3模-数混合控制
4.6部分调节母线
4.7全调节母线与部分调节母线
4.8峰值功率跟踪
4.9功率调节系统的拓扑结构
4.10国际空间站160~120 V母线
4.11大型通信卫星母线
4.11.1100 V母线
4.11.270 V母线
4.11.350 V以下母线
4.12小卫星母线
4.13微型卫星母线
参考文献

第5章环境影响
5.1简介
5.2太阳电池阵衰减
5.3太阳电池阵的静电放电
5.4电源电子器件损伤
5.5对其他元件的影响
5.6原子氧作用下的质量损失
5.7微流星体和太空碎片撞击
5.8预测损伤
参考文献

第6章电源系统需求
6.1简介
6.2自身需求
6.3系统规范

第7章电源系统设计和迭代过程
7.1简介
7.2航天器级迭代
7.3电源系统迭代
7.3.1太阳电池迭代
7.3.2太阳电池阵迭代
7.3.3电池组迭代
7.3.4母线电压迭代
7.3.5火工品电源迭代
7.4负载功率概况
7.5太阳电池阵尺寸
7.6电池组尺寸
7.7功率流分析
7.8设计分析表
7.9最恶劣情况下的误差裕度
7.10设计过程阶段
7.11大事记：从工厂到轨道
7.12电源系统超寿命期的功能
……

前言/序言

　　序
　　1957年,苏联发射了第一颗人造卫星并成功进入低地球轨道。随后的几十年中,美国发射了大量的地球轨道卫星用于空间探索计划。第一枚商用地球同步轨道卫星——国际通信卫星1号(SputnikⅠ)于1965年成功入轨。之后的1969年,NASA的阿波罗11号(Apollo11)成为第一艘登上月球的载人航天器。此后,许多国家都相继成功地开展了大大小小的空间计划。2003年,太空迎来了第一位游客,同年,中国首次实现了载人航天飞行,成为继俄罗斯和美国之后的第三个将人送上太空的国家。2004年,美国总统布什宣布了新的太空行动计划,拟于2015年重返月球,随后奔向火星。同年,中国和印度分别宣布将计划于2010年发射无人航天器登陆月球。在商用方面,目前的全球通信技术的发展已经使得卫星成为国家基础建设中不可缺少的重要部分。当今世界,已经有很多国家都拥有发射卫星和操控卫星的能力。
　　过去,美国政府为空间产业的发展提供了大量经费,而通信卫星却受控于非政府的市场化运作方式。20世纪90年代,个人通信系统的发展、遥感范围的扩充以及允许出售遥感数据都可视为空间产业发展的里程碑。在2000年的国际通信卫星市场中,28颗卫星的成本是120亿美元,其中约有50％份额流向一些美国公司,此外还有发射保险费用以及约占发射和卫星成本7%~15%的一年内轨道修正费用。据美国航天部门称,2003年的发射次数为90次,2012年预计为150次。这些计划象征着商用市场的进一步扩大。产业的发展推动着技术的发展。随之而来新的商业机会也会迅速出现,未来航天工业也会依托这些商业得到发展。
　　预计在2012～2015年期间发射的美国空军第三代GPS很可能是今后20年内最大的防御卫星计划之一。它将拥有30颗卫星,估计耗资50亿美元。新的大规模商用卫星,如欧洲的伽利略(Galileo）导航计划将有多个国家参与,其中极有可能会航天器电源系统包括中国。一些科学任务也继续为我们提供新的宇宙知识。仅在2001年的春天,夏威夷的凯克（Keck）望远镜、法国的普罗旺斯天文台（Haute-ProvenceObservatory）和智利的欧洲南方天文台（EuropeanSouthernObservatory）共发现了11颗新行星,从而使人类发现的其他恒星系中的行星总数达100颗之多。最近,科学家们发现了一个同我们的太阳系非常相似的恒星系。仅在我们所处的太阳系,就发现了39颗木星卫星、30颗土星卫星,同时还发现了火星表面以下储藏着大量的冰。
　　商用和科学卫星在当今世界都占据着重要的地位,因而优化它们的技术性能并最终提高投资者的回报便显得尤为重要。卫星上都有着特定的资源——科学卫星上的仪器设备和通信卫星上的带宽,它们都需要电源。由此,本书重点针对科学、商用、国防等各应用领域的地球轨道、太阳系、深空探测等各类航天器电源系统的设计、性能和应用进行讨论。
　　航天器电源系统的设计随着系统元器件的发展和进步得到了快速发展。本书提供了渐进而深入的电源系统的数据和设计过程,以满足低成本、轻质量的航天器任务要求。2002年卫星的平均发射费用低地球轨道为10000美元/kg,地球同步轨道为50000美元/kg。因此,电源系统的质量大小是设计时需要考虑的一个重要因素,电源设计时卫星任一部件细微的改变,都会对卫星整体造成某种不利影响,因此设计必须做到整体优化,以减小这些不利因素的影响。同时，工程技术人员应尽可能地应用最新的技术。卫星系统犹如一张蜘蛛网,牵一发而动全身,电源系统中的一个元器件的很小变化也可能会对卫星总体性能产生影响。所以,即使是针对传统的卫星最优设计,电源系统工程师所要考虑的问题也不仅仅是太阳电池阵和蓄电池。考虑到1998～2002年期间所发射的商用地球同步轨道卫星中,有1/4都存在电源问题,这些在轨运行问题产生的保险索赔额占据了60％的产业保险索赔额,卫星的电源设计就显得更加重要。
　　本书作者是航天器电源系统行业的一位公认专家。本书能为航天工程技术人员和管理人员提供包括航天器电源设计、研发、测试以及使用的可信赖的信息，所提供的详细资料还有助于工程技术人员在这一快速发展的行业范畴内保持领先地位。
　　亚得里（Yardley）
　　于宾夕法尼亚州

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