內容簡介

    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。

目錄

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
……

前言/序言

　　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

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