重型通讯卫星为何用40米的太阳帆板而不用同位素电池供电?

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当代的卫星发射,一般把星箭分离,卫星本身或者加上面级进入预定轨道,或者预定的转移轨道,作为火箭任务完成,发射成功的标志。国际商业发射任务,火箭的发射合同就是履行到这里。不过卫星是否成功,还有一个重要的标志就是太阳帆板的展开。而现代卫星太阳帆板的展开过程越来越复杂。因为帆板面积越来越大,甚至需要分2次展开的过程才行。这是因为大型和重型卫星,上了天以后就需要供电,但是如果帆板展开过大,那么卫星在做大的轨道机动性加减速过程中,会对大型帆板的支撑结构带来太大的加减速压力,极端情况下甚至会折断帆板的支撑机构带来事故。比如我们过去看神舟飞船再入前的减速过程,就会发现因为飞船主体在逐步减速,而让两侧的太阳帆板不停的晃动。因此要避免这些问题,




重型卫星的太阳帆板甚至需要分两次展开。第一次展开时,只展开一小段。可以最早给卫星供电的同时,还不影响后面的加速入轨。直到最终定位在赤道上空后,才把整个巨大的太阳帆板全部展开。比如这次胖五遥3发射的实践20号重型卫星,他复杂的太阳帆板全部展开后,总的翼展会超过40米,非常的巨大。这个工作,需要到1周后的1月4日才能全部完成。整个实验工程才算是圆满。而大型太阳帆板的二次展开,同样是一项世界级的复杂太空高技术。过去倒在太阳帆板展不开而整个昂贵的卫星报废的事件也有多次。鉴于这种高概率的风险。于是有人问,为何不直接给卫星安装上一个“核电池”,用来给大型卫星供电,或者帮助展开太阳帆板。其实所谓的核电池过去和现在都在用。阿波罗飞船上就用过,


目前在火星上的好奇号也在用;至于探索太阳系边缘和飞离太阳系的几个深空探测器,都安装了这类电池。其实“核电池”的说法并不准确,正确的称呼应该是同位素电池。是利用同位素放热的热力差来产生比较小的电流的一种电池。最大的特点是不能做的太大。与核电站、核动力航母和核潜艇上用蒸汽发电的原理不一样。同位素电池最大的功率也只能做到几百瓦,一般的只有几十瓦。比如探测太阳系边缘的飞船已经很难接受太阳光的辐射。用这种电池发射来往信号,其功率只有8瓦。不过可以连续用40到50年,再往后就不行了。由此可见,同位素电池的功率普遍很小,唯一的好处就是寿命长,也不需要外来能量。瀚海狼山认为只适合太阳系边缘和有去无回的探测任务。早年苏联发射的少数近地飞船和卫星,也曾经带上过这种同位素电池,最终却有些掉落到了地面上,引发过严重的恐慌和国际纠纷。因此后来各大国就基本不在大多数卫星上用同位素电池了。只用太阳帆板。




太空中光照强度是地面的十几倍,地面的光伏电池面板的能量转化效率最多3%左右,而在太空可以达到20%。因此几十平方米的面板就有十几千瓦的功率足够一般卫星使用,更大的帆板则可以满足重型卫星20多年的电力供应。发射后的卫星太阳帆板的展开需要的动力功率并不小,即使有同位素电池帮忙也不够发挥足够的力矩。而且一旦装上同位素电池,防护从地面就要开始,很麻烦。因此一般的卫星干脆不用。还不如携带普通的一次性大功率电池完成帆板的展开。



标签: 帆板 同位素 电池

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