航天器电力系统设计及性能分析

航天运载器一般会航行到距地球上百万英里的太空，在其航行过程中经常会遭遇恶劣的环境。因此，这些运载器的电能必须非常高效和可靠，PV阵列基本上是其最佳的电源选择。

航天器电力系统主要由首级发电系统（PV阵列）和电能管理及配电系统组成。此外，电力系统还包括一个次级储能系统（电池），用来给其他航天器负载供电。本节余下部分将介绍运行于地球轨道或航行至遥远星球的航天器使用的各种发电技术。

本节主要讨论典型航天器电力系统的概念性设计及性能分析。一般来说，基于电力系统的航天器大量采用了太阳能电推进（SEP）^［7］。航天器电力系统通常采用成通道的直流500V电能管理及配电（Power Management and Distribution，PMAD）架构，航天电力系统的典型框图如图7-8所示。每个通道包括一个PV阵列、一个太阳跟踪万向节和一个阵列调节单元（Array Regulation Unit，ARU）^［7］。阵列调节单元通过配电电缆向控制配电单元（Power Distribution Unit，PDU）供电。

如图7-8所示，PDU把从首级PV阵列获取的电能分配给推进器的电力处理单元（Power Processing Unit，PPU）。它主要包括有效负载电源、锂离子电池的BCDU、控制器等。

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图7-8 典型航天器电力系统框图

由于推进器在轨道的“日蚀”部分不工作，只需用锂离子电池存储很小的能量（约为15kW·h）就足够供给有效负载及SEP部分的负载。

PMAD运行时使用500V直流电，这样可以减小PPU的尺寸、复杂程度及功耗^［7］。由于500V直流电压的运行电流更小，所以可采用更小的导体，从而节约成本。而且直流500V对于标准航天电力电缆来讲并不高，仍可使用标准电缆。总的来说，SEP架构对于外太空的星际任务而言是一个非常有吸引力的解决方案。