本書全麵介紹瞭國際航天器電源領域的技術和發展現狀,涵蓋瞭整個電源係統的主要內容,包括設計、分析和使用的各個方麵,以及能量轉換、能量存儲、功率調節、能量管理和運行操作的基礎知識。這些都對工程技術人員在進行航天器電源係統設計和使用時有所幫助。同時,本書針對具體航天器列舉齣瞭一些數據和麯綫的代錶值或平均值,可供參考。
第1篇電源係統綜述
第1章衛星概述
1.1簡介
1.2衛星係統
1.2.1通信和數據處理係統
1.2.2姿態和軌道控製係統
1.2.3跟蹤、 遙測和指令係統
1.2.4電源係統
1.2.5熱控係統
1.2.6結構和機械係統
1.2.7推進係統
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自鏇穩定
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
1.8.1範例
1.9月亮的月影
1.10光通量
1.11β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章電源係統的選擇
3.1簡介
3.2原電池
3.3燃料電池
3.4太陽光伏電池
3.5太陽能聚光器——動力電源係統
3.6核熱電
3.7核動力或化學動力
3.8其他係統
3.8.1光伏熱(TPV)
3.8.2太陽—熱電
3.8.3熱離子
3.8.4堿金屬熱電轉換器
3.9技術選項比較
3.10係統電壓的選擇
3.11功率水平
參考文獻
第4章太陽電池陣-蓄電池電源係統
4.1簡介
4.1.1太陽電池陣
4.1.2電池組
4.1.3功率調節
4.2電源係統結構體係
4.2.1直接能量傳輸
4.2.2峰值功率跟蹤
4.3全調節母綫
4.3.1太陽電池陣
4.3.2太陽電池陣驅動裝置
4.3.3分流器
4.3.4電池組
4.3.5功率調節單元
4.3.6功率分配單元
4.3.7母綫電壓控製器
4.3.8模式控製器
4.3.9蓄電池組母綫
4.3.10功率和能量管理軟件
4.3.11負載
4.3.12地麵電源
4.4母綫電壓控製
4.5控製電路
4.5.1模擬控製電路
4.5.2數字控製電路
4.5.3模-數混閤控製
4.6部分調節母綫
4.7全調節母綫與部分調節母綫
4.8峰值功率跟蹤
4.9功率調節係統的拓撲結構
4.10國際空間站160~120 V母綫
4.11大型通信衛星母綫
4.11.1100 V母綫
4.11.270 V母綫
4.11.350 V以下母綫
4.12小衛星母綫
4.13微型衛星母綫
參考文獻
第5章環境影響
5.1簡介
5.2太陽電池陣衰減
5.3太陽電池陣的靜電放電
5.4電源電子器件損傷
5.5對其他元件的影響
5.6原子氧作用下的質量損失
5.7微流星體和太空碎片撞擊
5.8預測損傷
參考文獻
第6章電源係統需求
6.1簡介
6.2自身需求
6.3係統規範
第7章電源係統設計和迭代過程
7.1簡介
7.2航天器級迭代
7.3電源係統迭代
7.3.1太陽電池迭代
7.3.2太陽電池陣迭代
7.3.3電池組迭代
7.3.4母綫電壓迭代
7.3.5火工品電源迭代
7.4負載功率概況
7.5太陽電池陣尺寸
7.6電池組尺寸
7.7功率流分析
7.8設計分析錶
7.9最惡劣情況下的誤差裕度
7.10設計過程階段
7.11大事記:從工廠到軌道
7.12電源係統超壽命期的功能
……
序
1957年,蘇聯發射瞭第一顆人造衛星並成功進入低地球軌道。隨後的幾十年中,美國發射瞭大量的地球軌道衛星用於空間探索計劃。第一枚商用地球同步軌道衛星——國際通信衛星1號(SputnikⅠ)於1965年成功入軌。之後的1969年,NASA的阿波羅11號(Apollo11)成為第一艘登上月球的載人航天器。此後,許多國傢都相繼成功地開展瞭大大小小的空間計劃。2003年,太空迎來瞭第一位遊客,同年,中國首次實現瞭載人航天飛行,成為繼俄羅斯和美國之後的第三個將人送上太空的國傢。2004年,美國總統布什宣布瞭新的太空行動計劃,擬於2015年重返月球,隨後奔嚮火星。同年,中國和印度分彆宣布將計劃於2010年發射無人航天器登陸月球。在商用方麵,目前的全球通信技術的發展已經使得衛星成為國傢基礎建設中不可缺少的重要部分。當今世界,已經有很多國傢都擁有發射衛星和操控衛星的能力。
過去,美國政府為空間産業的發展提供瞭大量經費,而通信衛星卻受控於非政府的市場化運作方式。20世紀90年代,個人通信係統的發展、遙感範圍的擴充以及允許齣售遙感數據都可視為空間産業發展的裏程碑。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%份額流嚮一些美國公司,此外還有發射保險費用以及約占發射和衛星成本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。這些計劃象徵著商用市場的進一步擴大。産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齣現,未來航天工業也會依托這些商業得到發展。
預計在2012~2015年期間發射的美國空軍第三代GPS很可能是今後20年內最大的防禦衛星計劃之一。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傢參與,其中極有可能會航天器電源係統包括中國。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,夏威夷的凱剋(Keck)望遠鏡、法國的普羅旺斯天文颱(Haute-ProvenceObservatory)和智利的歐洲南方天文颱(EuropeanSouthernObservatory)共發現瞭11顆新行星,從而使人類發現的其他恒星係中的行星總數達100顆之多。最近,科學傢們發現瞭一個同我們的太陽係非常相似的恒星係。僅在我們所處的太陽係,就發現瞭39顆木星衛星、30顆土星衛星,同時還發現瞭火星錶麵以下儲藏著大量的冰。
商用和科學衛星在當今世界都占據著重要的地位,因而優化它們的技術性能並最終提高投資者的迴報便顯得尤為重要。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、太陽係、深空探測等各類航天器電源係統的設計、性能和應用進行討論。
航天器電源係統的設計隨著係統元器件的發展和進步得到瞭快速發展。本書提供瞭漸進而深入的電源係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10000美元/kg,地球同步軌道為50000美元/kg。因此,電源係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的改變,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。衛星係統猶如一張蜘蛛網,牽一發而動全身,電源係統中的一個元器件的很小變化也可能會對衛星總體性能産生影響。所以,即使是針對傳統的衛星最優設計,電源係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,這些在軌運行問題産生的保險索賠額占據瞭60%的産業保險索賠額,衛星的電源設計就顯得更加重要。
本書作者是航天器電源係統行業的一位公認專傢。本書能為航天工程技術人員和管理人員提供包括航天器電源設計、研發、測試以及使用的可信賴的信息,所提供的詳細資料還有助於工程技術人員在這一快速發展的行業範疇內保持領先地位。
亞得裏(Yardley)
於賓夕法尼亞州
《國傢齣版基金項目:航天器電源係統》這個書名,立刻點燃瞭我對航天科技核心技術的濃厚興趣。航天器,這個人類科技的集大成者,其長途跋涉、精準作業的背後,無不依賴著一個強大的“能量心髒”。作為一名對太空探索充滿嚮往的普通讀者,我對這些能量是如何産生、如何儲存、如何分配的充滿瞭好奇。我非常期待書中能夠詳盡地解析各種電源技術,例如,太陽能帆闆在不同角度和光照強度下如何調整姿態以最大化能量捕獲?微型化、高比能的鋰離子電池在航天器內部扮演著怎樣的角色?對於那些需要長時間運行的深空探測器,書中是否會重點闡述放射性同位素熱電發生器(RTG)的獨特優勢和安全設計?我希望這本書能夠像一位經驗豐富的導師,帶領我逐一解開這些令人著迷的科學謎團。
評分當我看到《國傢齣版基金項目:航天器電源係統》這本書名時,我的思緒便立刻飄嚮瞭浩瀚的宇宙,那些閃耀著人類智慧光芒的航天器,在太空中孤獨而堅定地執行著一項項艱巨的任務。而支撐這一切的,正是它們體內那套至關重要的“能量心髒”——電源係統。這本書的標題,預示著它將深入解析這一核心技術,這讓我充滿期待。我希望書中能夠詳細介紹各種不同類型的電源技術,比如,早期航天器可能依賴於化學電池,而現在,太陽能光伏發電技術是如何不斷革新,以適應更復雜的任務需求?對於那些需要穿越漫長星際的探測器,比如前往外太陽係的探測器,書中是否會重點介紹放射性同位素熱電發生器(RTG)的工作原理及其在極端條件下的可靠性?我期待這本書能夠用通俗易懂的語言,揭示航天器電源係統的設計哲學和技術突破。
評分這本書的書名《國傢齣版基金項目:航天器電源係統》,一下子就吸引瞭我,因為它觸及瞭航天科技中最核心、最基礎也最令人著迷的部分。航天器的每一次遠航,每一次精確的變軌,每一次對遙遠星係的觀測,都離不開一個穩定而強大的能源供給。我一直對那些能夠將太陽光轉化為電能的巨大的太陽能帆闆,以及那些為深空探測任務提供源源動力的小型核反應堆充滿瞭好奇。我希望這本書能夠深入淺齣地解讀這些復雜的技術,比如,太陽能電池闆的材料是如何選擇的,它們在太空中是如何工作的,又如何抵禦宇宙射綫的影響?而對於核動力係統,書中是否會詳細介紹其安全性設計和能量轉化機製?更重要的是,我期待這本書能夠展現齣工程師們在剋服空間環境的嚴酷考驗、實現能源的高效利用和長久供給方麵所付齣的努力和智慧。
評分這本《國傢齣版基金項目:航天器電源係統》的書名一齣來,就激起瞭我內心深處對浩瀚宇宙的無限遐想,以及對人類探索未知最前沿科技的敬意。作為一名業餘的航空航天愛好者,我一直對那些能夠支撐宇航員在太空中生存、讓探測器遠赴星辰大海的“心髒”——電源係統——充滿瞭好奇。想象一下,在真空、極寒、強輻射的惡劣環境中,任何一點微小的能源供應中斷,都可能意味著整個任務的失敗,甚至宇航員的生命安全。這本書的標題,就像一把鑰匙,似乎能打開我一直以來對航天器能源奧秘的求知之門。我尤其期待書中能夠深入淺齣地闡述各種電源技術的原理,比如太陽能帆闆是如何捕捉微弱的太陽光能並轉化為電能的?核動力係統又是在怎樣的嚴謹設計下,纔能在太空中安全可靠地運行,為遠距離探測任務提供源源不斷的動力?微型化、高效化、長壽命,這些是航天器電源係統必須麵對的挑戰,我想這本書肯定會對這些難題給齣一個令人信服的解答。
評分《國傢齣版基金項目:航天器電源係統》這個書名,如同一扇通往太空科技殿堂的大門,嚮我展示瞭航天器得以在遙遠而嚴酷的環境中運轉的終極秘密。我一直對那些能夠驅動人類文明走嚮宇宙的力量感到著迷,而電源係統無疑是其中最為基礎也最為關鍵的一環。我希望這本書能詳盡地闡述各種電源技術的原理和發展曆程,例如,從最基礎的太陽能電池闆的材料選擇和效率提升,到更先進的熱電轉換技術,再到為深空探測任務提供動力的核動力係統。書中是否會深入探討電源係統在麵對太空輻射、極端溫度、真空環境等挑戰時所采取的防護和冗餘設計?我也非常想瞭解,工程師們是如何在有限的體積和重量內,設計齣既高效又持久的電源解決方案的。
評分作為一個對科技進步懷有高度熱情的人,我對《國傢齣版基金項目:航天器電源係統》這本書的關注,更多地來自於它所代錶的技術前沿性。航天器的電源係統,不僅僅是提供能量的裝置,更是決定著航天任務的持續時間、探測能力、甚至探索範圍的關鍵。想象一下,如果一個前往冥王星的探測器,其電源隻能維持幾年,那麼它將永遠無法完成漫長的旅程;如果一個載人空間站的電源係統不夠穩定,那麼宇航員的生命安全將時刻受到威脅。因此,這本書所涵蓋的內容,必然涉及到最尖端的能源轉換、存儲和管理技術。我非常期待能夠瞭解最新的固態電池技術在航天領域的應用前景,以及下一代核反應堆在深空探測任務中的潛力。書中是否會探討能量收集和再生的創新方法,比如利用航天器自身運動的能量?這些都是我非常感興趣的方麵,因為它們直接關係到人類未來探索宇宙的邊界。
評分當我瀏覽到《國傢齣版基金項目:航天器電源係統》這本書時,心中湧起一股強烈的求知欲。航天器,這些承載著人類夢想與探索的使者,其運行的背後,離不開一個穩定、高效、可靠的能源供應係統。書名本身就透露齣一種高度的專業性和重要性,讓我對即將獲得的知識充滿期待。我想象著書中會詳細介紹各種供能方式,從最初的電池供能,到成熟的太陽能光伏發電,再到更具挑戰性的核動力係統。我尤其想瞭解,在不同的軌道高度、不同的行星環境、不同的任務需求下,航天器會選擇哪種電源係統,以及為什麼。書中是否會深入探討各種電源技術的材料科學、熱力學原理、電磁兼容性等核心問題?我希望能從中獲得對這些復雜技術的深刻理解,不僅僅是“是什麼”,更是“為什麼”和“如何”的解答。
評分當我看到《國傢齣版基金項目:航天器電源係統》這本書時,我的腦海中立刻浮現齣那些在太空中孤獨航行的探測器,以及那些在軌道上運行的空間站。這些龐大而復雜的機械體,如果沒有一個強大而可靠的“心髒”,就無法完成它們各自的使命。這本書的標題,直接點明瞭核心的技術主題,讓我對能夠深入瞭解航天器電源係統的工作原理充滿瞭期待。我一直對那些看似微不足道卻至關重要的技術細節感到著迷。比如,在極端溫度變化的環境下,電源元件如何保持其穩定性?在宇宙射綫轟擊下,電子元器件又如何做到防護?書中是否會介紹各種不同類型電源係統的優缺點,以及在不同任務場景下的選型考量?我希望這本書能夠提供詳盡的案例分析,例如,分析“旅行者”號探測器的放射性同位素熱電機(RTG)為何能提供如此持久的能量,或者國際空間站的太陽能電池闆是如何設計纔能最大化地捕獲太陽能。
評分拿到這本《國傢齣版基金項目:航天器電源係統》後,我迫不及待地翻開瞭它,期待著一場知識的盛宴。書名本身就帶著一種莊重感和權威性,國傢齣版基金項目的背書,意味著其內容的嚴謹性和學術價值。我對航天器電源係統的瞭解,之前主要停留在一些科普讀物和紀錄片所呈現的宏觀概念,比如早期航天器依靠電池,後來發展到太陽能,再到一些更先進的核動力。但究竟這些係統是如何運作的,其中的技術細節有多麼復雜,我一直知之甚少。這本書的齣現,恰好填補瞭這一空白。我希望它能像一位經驗豐富的工程師,帶領我一步步解析航天器電源係統的演進曆程,從最初的簡單化學電池,到光伏發電陣列的不斷優化,再到熱電轉換、斯特林循環發電機等更尖端的技術。每一項技術背後,都凝聚著無數科學傢的智慧和汗水,是人類對物理學、化學、材料學等領域深刻理解的結晶。
評分《國傢齣版基金項目:航天器電源係統》這個書名,像一個閃耀著智慧光芒的燈塔,指引著我對航天科技深處奧秘的探索。作為一名業餘愛好者,我深知航天器電源係統的重要性,它好比是航天器的生命綫,關乎著每一次發射的成功、每一次太空行走的保障、每一次遙遠探測任務的實現。我對於書中可能包含的各種前沿技術充滿瞭好奇,例如,書中是否會深入解析高效的太陽能電池材料,如鈣鈦礦或多結電池,它們是如何被應用於航天器上的?對於深空探測任務,是否會重點介紹放射性同位素熱電發生器(RTG)的工作原理及其在極遠距離任務中的無可替代性?我更希望書中能夠探討電源係統的可靠性設計和冗餘機製,因為在太空中,任何一個小的故障都可能導緻災難性的後果,因此,多重備份和故障診斷技術必然是重中之重。
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