一顆衛星能飛多久,原來與它用的電源有如此大的關係

2020-12-02 騰訊網

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在空間運行的每一顆衛星都有它的壽命，有的1～2年，有的10來年，那麼決定衛星壽命的主要因素是什麼呢？

其實，衛星上有許多電子設備，因此電源對衛星來講是必不可少的，優質的電源對衛星的壽命有至關重要的影響。早期由於我們的技術水平有限，衛星多採用一次性的化學電池，電池能量耗盡後，衛星也就停止了工作，所以衛星的工作時長相對較短。不過，隨著航天技術的發展，衛星的電源種類早已豐富起來，目前採用的電源類型主要有太陽能電池電源、化學電源和核電源等幾種。

東方紅一號衛星在軌工作示意圖

● 最受青睞的電源——太陽能電池電源

太陽能是一種可再生、無汙染、便於採集的清潔能源，在人類生產生活中早已得到了廣泛地使用。在衛星的設計過程中，為了給衛星提供可持續的電源，太陽能也成為了廣受衛星設計者青睞的一種能源類型。

被廣泛應用的太陽能

看過有關衛星的圖片或者視頻的小夥伴們，應該會注意到在衛星的兩側有一對可以展開的「大翅膀」，那就是為衛星收集能量的太陽能帆板。在帆板上貼有數以萬計的太陽能電池片，這些電池片的多少可以根據衛星所需電能的多少控制數量，為衛星提供最合適的電量供給。此外，衛星上一般還會裝有驅動機構和太陽敏感器等裝置，它們能夠幫助太陽能帆板找到對準太陽的最佳角度，讓太陽能帆板受到較長時間和較大照射面積的陽光照射，從而獲得更多的能量。

擁有一對「大翅膀」的東方紅三號衛星

衛星採用太陽能電源固然是好，但不知小夥伴們有沒有想過，當衛星飛入陽光照射不到地方的時候又該怎麼辦呢？是不是衛星就不能正常工作了呢？

小夥伴們不用擔心，科研人員早已想到了萬全之策，就是將太陽能電池與蓄電池一起組成太陽能電池陣。當衛星飛到日照區時，太陽能電池一方面給衛星上的儀器供電，同時還向蓄電池組充電，把多餘的電能儲存起來。當衛星飛到陰影區時，就由蓄電池給衛星供電，保證衛星連續正常工作。

● 必不可少的電源——化學電源

化學電源在我們的日常生活中也很常見，如汽車用的鉛酸蓄電池、手機用的鋰電池、手電筒用的乾電池等都屬於化學電源。不過衛星上使用的化學電源與我們日常生活中使用的並不相同，衛星上使用的化學電源要求轉換效率高、質量小。目前，衛星上採用的化學電源類型主要有一次性電池、蓄電池和燃料電池等幾種。

早期的衛星多採用一次性的化學電池，如鋅汞電池、鋅銀電池等。這種電池作為電源工作簡單、可靠，但這種電池是一次性的消耗電池，質量和體積較大，衛星帶不多。也就是說，衛星如果採用這種電源，一般壽命都不會太長，只有幾個星期到一個月左右。

蓄電池相對一次性的化學電池來說就進步很多了，它最顯著的優點就是可以多次的充放電，還可以與太陽能電池聯合使用。不過蓄電池也有它的不足之處，就是比能量較低，通俗點說就是單位質量或體積的蓄電池能夠產生的電能相對較低。

最後要說的是燃料電池，燃料電池能把儲存在燃料中的化學能經過化學反應轉變成電能。它的優點是單位質量或體積的燃料電池能夠產生的電能相對較高。缺點是結構比較複雜、具有一定的危險性。

● 非常具有誘惑力的電源——核電源

核電源具有環保、低耗、結構簡單等優點，它是一種對人類非常具有誘惑力的能源類型。由於它具有的不容忽視的優點，在衛星的設計過程中，核電源自然也就成為了衛星的備選電源類型之一。

衛星上採用的核電源類型主要有放射性同位素溫差發電器、核反應堆溫差發電器和熱離子發電器，它們都是利用原子核的突變所釋放的能量來發電的。

安裝了核電池的旅行者1號探測器

衛星上採用核電源的優點是工作可靠、功率大、壽命長，而且較少會受到外界條件的限制。缺點是它的價格相對昂貴，而且需要對衛星上的儀器設備採用輻射屏蔽措施，這樣就增加了衛星的質量。但最讓人擔心的還是它不夠安全，採用核電源的衛星或太空飛行器一旦出現故障隕落在地球上，會因為輻射給人類帶來巨大的災難。例如1978年1月24日，蘇聯宇宙-954核動力太空飛行器發生故障而自然隕落，結果未燃盡的帶有放射性的太空飛行器碎片散落在加拿大境內，造成嚴重的汙染和巨大的恐慌。所以決定採用這種電源一定要慎之又慎。

裝有核電源的美國新地平線探測器（左邊黑色圓柱體為探測器的核電源）

總的來說，上面提到的三種電源類型各有各的優缺點，具體要採用哪種電源，還要根據任務需求等各方面的情況綜合考慮。不過可以肯定的是，隨著新材料、新技術的不斷湧現，衛星的電源種類必然會愈加豐富，衛星的工作壽命也會不斷延長，就讓我們懷著期待，等待見證更多可能吧！

參考文獻/

[1] 羅格.叩開太空之門——航天科技知識問答[M].北京：中國宇航出版社，2000.

[2]東方星.太空飛行器主要採用什麼電源[[J].國際太空2014,(11):78-81.

編輯/賈冰玉

審校/楊潔

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