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）為航天器提供動力（圖1）。

此類電源包括：

• 太陽能電池陣列：光伏組件可以吸收太空中的陽光，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的電源遠(yuǎn)程提供電力的應(yīng)用，它們會定期返回該電源進行充電。

• 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)化為電能來發(fā)電。

• 燃料電池：燃料電池用于電力和能量存儲。燃料電池將支持直流電力總線：

• 多種反應(yīng)物類型和等級（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 推進劑提供動力

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

• 太陽能電池陣列報廢 （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)計人員需要應(yīng)對熱設(shè)計、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)時間，需要考慮。這可能涉及對場地的固定空間應(yīng)用或軌道參數(shù)的評估。

衛(wèi)星太陽能電池陣列作為 EPS 源

衛(wèi)星太陽能電池陣列設(shè)計必須在衛(wèi)星設(shè)計任務(wù)的開發(fā)早期完成。這是因為陣列的大小和部署必須考慮在整體系統(tǒng)設(shè)計中。

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

太陽能電池陣列設(shè)計的進步使效率提高了 30% 以上。如今，多結(jié)太陽能電池提供了最高效的發(fā)電技術(shù)?；?GaAs 的陣列簡單、高可靠性和相對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、可收起的薄膜太陽能電池陣列（圖 5）。當(dāng)完全部署在太空中時，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)是純電池或太陽能陣列/電池配置。電池必須被視為潛在危險，因為它們將存儲的能量與腐蝕性材料結(jié)合在一起。

機械和熱是 EPS 中的主要子系統(tǒng)接口，因為設(shè)計是使用迭代過程開發(fā)的。測試也是關(guān)鍵：“測試你飛的東西，飛你測試的東西。發(fā)射場處理也是一個主要考慮因素。