電力系統(tǒng)如何滿足小型衛(wèi)星的密度需求

多種發(fā)電系統(tǒng)方法2可以應(yīng)用于天基電力子系統(tǒng)（EPS）為航天器提供動(dòng)力（圖1）。

此類電源包括：

• 太陽(yáng)能電池陣列：光伏組件可以吸收太空中的陽(yáng)光，從而為衛(wèi)星產(chǎn)生直流電

• 鋰離子電池：這些電池是可充電（二次）電池。它們用作儲(chǔ)能設(shè)備，主要連接到主要能源并由其充電，按需將能量輸送到負(fù)載。二次電池還用于從單獨(dú)的電源遠(yuǎn)程提供電力的應(yīng)用，它們會(huì)定期返回該電源進(jìn)行充電。

• 放射性同位素： 放射性同位素發(fā)電系統(tǒng) （RPS） 可以通過(guò)將钚 238 （Pu-238） 等放射性同位素核衰變釋放的熱量轉(zhuǎn)化為電能來(lái)發(fā)電。

• 燃料電池：燃料電池用于電力和能量存儲(chǔ)。燃料電池將支持直流電力總線：

• 多種反應(yīng)物類型和等級(jí)（例如 O2/H2 或 O2/CH4) 

• 使商業(yè)月球有效載荷服務(wù) （CLPS） 著陸器能夠使用 CH4 推進(jìn)劑提供動(dòng)力

航天器和衛(wèi)星種類繁多，其中一種緊湊型衛(wèi)星是立方體衛(wèi)星（圖2）。

CubeSat EPS2 的功率要求在以下方面略有不同：

• 電源配置文件

• 功率裕度

• 總線電壓電平

• 騎行/充電

• EPS組件定義：

• 電池尺寸

• 太陽(yáng)能電池陣列報(bào)廢 （EOL） 電源

• 其他各種子系統(tǒng)需求（峰值和穩(wěn)態(tài)）

立方體衛(wèi)星設(shè)計(jì)人員需要應(yīng)對(duì)熱設(shè)計(jì)、有效載荷、結(jié)構(gòu)和飛行控制（圖 3），而 EPS 是所有這些不可或缺的一部分。

典型的 EPS 系統(tǒng)要求

EPS 設(shè)計(jì)人員必須在航天器任務(wù)壽命（包括日食和夜間）期間根據(jù)需要向航天器子系統(tǒng)提供持續(xù)電力。EPS 必須安全地控制和分配所有機(jī)載電源。此外，系統(tǒng)必須為峰值和平均功率負(fù)載提供足夠的功率，包括裕量。

通常，設(shè)計(jì)人員需要從包括其他電氣子系統(tǒng)的電力設(shè)備列表 （PEL） 中確定平均功率。還有任務(wù)要求，例如持續(xù)時(shí)間，需要考慮。這可能涉及對(duì)場(chǎng)地的固定空間應(yīng)用或軌道參數(shù)的評(píng)估。

衛(wèi)星太陽(yáng)能電池陣列作為 EPS 源

衛(wèi)星太陽(yáng)能電池陣列設(shè)計(jì)必須在衛(wèi)星設(shè)計(jì)任務(wù)的開(kāi)發(fā)早期完成。這是因?yàn)殛嚵械拇笮『筒渴鸨仨毧紤]在整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。

高性能衛(wèi)星太陽(yáng)能電池陣列設(shè)計(jì)將取決于任務(wù)期間可用的入射陽(yáng)光的強(qiáng)度。陣列的轉(zhuǎn)換效率也將是決定可用功率的關(guān)鍵因素。

太陽(yáng)能電池陣列設(shè)計(jì)的進(jìn)步使效率提高了 30% 以上。如今，多結(jié)太陽(yáng)能電池提供了最高效的發(fā)電技術(shù)?；?GaAs 的陣列簡(jiǎn)單、高可靠性和相對(duì)適中的成本是它們經(jīng)常被選擇為大多數(shù)衛(wèi)星提供電力系統(tǒng)的原因（圖 4）。

例如，LISA-T 是一種非常緊湊、可收起的薄膜太陽(yáng)能電池陣列（圖 5）。當(dāng)完全部署在太空中時(shí)，它提供小型航天器發(fā)電和通信能力。

總結(jié)

EPS 為所有航天器負(fù)載提供電力，對(duì)于在太空中完成規(guī)定的任務(wù)至關(guān)重要。立方體衛(wèi)星最常用的架構(gòu)是純電池或太陽(yáng)能陣列/電池配置。電池必須被視為潛在危險(xiǎn)，因?yàn)樗鼈儗⒋鎯?chǔ)的能量與腐蝕性材料結(jié)合在一起。

機(jī)械和熱是 EPS 中的主要子系統(tǒng)接口，因?yàn)樵O(shè)計(jì)是使用迭代過(guò)程開(kāi)發(fā)的。測(cè)試也是關(guān)鍵：“測(cè)試你飛的東西，飛你測(cè)試的東西。發(fā)射場(chǎng)處理也是一個(gè)主要考慮因素。