太空雷达卫星电力系统：车辆、航海、航空、航天运载工具的关键！

太空雷达（Space Based Radar，SBR）卫星主要用来提高21世纪的监视能力。SBR卫星的主要应用包括空中交通管制和主权领土监视^［11］。本节涵盖有关电力系统的关键设计问题及SBR航天器发配电相关问题。

从根本上讲，SBR电力系统与现有电力系统在许多方面存在不同。首先，雷达有效负载需要数十千瓦的直流输入功率。其次，次级负载［发送器/接收器模块（T/Rmodules）］分布很广。最后，雷达对DC电源的瞬态响应也有严格的要求^［11］。

航天器飞行中所搭载的各种有效负载的分析也很重要。如前所述，负载主要是T/R模块。它们被称为首级负载，消耗了很大一部分航天器总功率，如图7-10所示。

图7-10 航天器有效负载功耗对比

最近一项有关SBR卫星有效负载的研究表明，尽管次级有效负载很重要，它却不会直接影响到电力系统的设计^［11］。此外，进一步的研究发现，只要处于开启状态，雷达就需要约20～25kW的直流输入。图7-11总结了各种类型的首级及次级有效负载。

图7-11 SBR航天器功率负载概览(www.xing528.com)

SBR电力系统的基本模型如图7-12所示。我们将对存在的一些设计问题及折中方案进行讨论。雷达系统的负载特性是影响设计的主要因素之一。一旦根据设计目的将整体的功率和能量水平确定后，就需要考虑许多其他的因素。这些因素包括各种设计区域的电压类型及电平、配电架构、各种元件和模块的布置、控制系统架构和组件技术等^［11］。

关于SBR航天器电力系统未来的发展，普遍考虑采用可折叠的PV阵列。此外，关于配电系统，主要的关注点是电力变换及调理系统。目前还不能确定是采用分布式电能调理单元还是采用集中式电能调理单元^［11］。集中式方案要求电力变换器的功率为5～10kW，效率为85％～90％。另一方面，分布式调理器所需功率较低，约1～5kW，但是效率要求更高，在90％～95％之间。这些设计要求对设计工作提出了严峻的挑战。要设计一个成功的SBR电力系统必须战胜这些挑战。因此，研究人员针对一些关键技术制定了进一步的研究计划，以期在不久的将来实现它们。

因为电能让乘员舒适地生活、安全地运行空间站及进行有益的科学实验，所以它是航天运载器电力系统最关键的资源。例如前面介绍过的PV阵列，它为国际空间站提供电能。但是由于不能一直接收到太阳光线，在“日蚀”期间国际空间站依赖Ni-H₂可再充电电池组来保持供电。前面几节详细介绍了国际空间站电力系统的基本运行情况及设计、控制细节。

除此之外，还就国际空间站电力系统研发工作未来努力方向进行了讨论。研究了各种替代电源及其运行特性以及折中方案。当来自世界各地的人们继续在国际空间站上的探索和开发时，他们将依靠这个设计精良的电力系统来利用太阳能。国际空间站是外太空最大的电力系统，它为电力系统和电力电子技术领域的工程师提供了巨大的机遇。

图7-12 SBR电力系统基本模型