电力系统如何满足小型卫星的密度需求

多种发电系统方法2可以应用于天基电力子系统（EPS）为航天器提供动力（图1）。

此类电源包括：

• 太阳能电池阵列：光伏组件可以吸收太空中的阳光，从而为卫星产生直流电

• 锂离子电池：这些电池是可充电（二次）电池。它们用作储能设备，主要连接到主要能源并由其充电，按需将能量输送到负载。二次电池还用于从单独的电源远程提供电力的应用，它们会定期返回该电源进行充电。

• 放射性同位素： 放射性同位素发电系统 （RPS） 可以通过将钚 238 （Pu-238） 等放射性同位素核衰变释放的热量转化为电能来发电。

• 燃料电池：燃料电池用于电力和能量存储。燃料电池将支持直流电力总线：

• 多种反应物类型和等级（例如 O2/H2 或 O2/CH4) 

• 使商业月球有效载荷服务 （CLPS） 着陆器能够使用 CH4 推进剂提供动力

航天器和卫星种类繁多，其中一种紧凑型卫星是立方体卫星（图2）。

CubeSat EPS2 的功率要求在以下方面略有不同：

• 电源配置文件

• 功率裕度

• 总线电压电平

• 骑行/充电

• EPS组件定义：

• 电池尺寸

• 太阳能电池阵列报废 （EOL） 电源

• 其他各种子系统需求（峰值和稳态）

立方体卫星设计人员需要应对热设计、有效载荷、结构和飞行控制（图 3），而 EPS 是所有这些不可或缺的一部分。

典型的 EPS 系统要求

EPS 设计人员必须在航天器任务寿命（包括日食和夜间）期间根据需要向航天器子系统提供持续电力。EPS 必须安全地控制和分配所有机载电源。此外，系统必须为峰值和平均功率负载提供足够的功率，包括裕量。

通常，设计人员需要从包括其他电气子系统的电力设备列表 （PEL） 中确定平均功率。还有任务要求，例如持续时间，需要考虑。这可能涉及对场地的固定空间应用或轨道参数的评估。

卫星太阳能电池阵列作为 EPS 源

卫星太阳能电池阵列设计必须在卫星设计任务的开发早期完成。这是因为阵列的大小和部署必须考虑在整体系统设计中。

高性能卫星太阳能电池阵列设计将取决于任务期间可用的入射阳光的强度。阵列的转换效率也将是决定可用功率的关键因素。

太阳能电池阵列设计的进步使效率提高了 30% 以上。如今，多结太阳能电池提供了最高效的发电技术。基于 GaAs 的阵列简单、高可靠性和相对适中的成本是它们经常被选择为大多数卫星提供电力系统的原因（图 4）。

例如，LISA-T 是一种非常紧凑、可收起的薄膜太阳能电池阵列（图 5）。当完全部署在太空中时，它提供小型航天器发电和通信能力。

总结

EPS 为所有航天器负载提供电力，对于在太空中完成规定的任务至关重要。立方体卫星最常用的架构是纯电池或太阳能阵列/电池配置。电池必须被视为潜在危险，因为它们将存储的能量与腐蚀性材料结合在一起。

机械和热是 EPS 中的主要子系统接口，因为设计是使用迭代过程开发的。测试也是关键：“测试你飞的东西，飞你测试的东西。发射场处理也是一个主要考虑因素。