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人造卫星在天上转动,它是怎么获取能量的?
   https://www.fubuwang.com 2023-07-12 03:01:33 来源:网络
核心提示:每台机器都需要能量才能运转,卫星也不例外。卫星需要电能,以向地球提供重要天气、气候和海洋数据的目的服务。然而,在太空中断电比在地面上要棘手。那么,一旦卫星发射,是什么让卫星保持运行呢?来自太阳的能量 太阳是卫星的主要能源,这就是为什么所有卫

每台机器都需要能量才能运转,卫星也不例外。卫星需要电能,以向地球提供重要天气、气候和海洋数据的目的服务。然而,在太空中断电比在地面上要棘手。那么,一旦卫星发射,是什么让卫星保持运行呢?

来自太阳的能量 

太阳是卫星的主要能源,这就是为什么所有卫星都安装了太阳能电池板阵列。每个阵列包含数千个由硅制成的小型太阳能电池,这种材料允许阳光转化为电流。 

图注:带太阳能电池板阵列的美国杰森(Jason) 卫星

正如您在杰森卫星上看到的(上图),太阳能电池阵列相当大,而且必须很大,因为只有20%的来自太阳的光实际上被转换成电。每个阵列产生 4kW 的功率,这大约是 2 个电水壶的电源! 即使太阳能电池阵列是旋转的,并且总是指向太阳,有时卫星必须通过日食运行,这意味着没有阳光来提供能量。 

为了让卫星在这样的时代运行,他们配备了电池。第二代地球静止气象卫星和极轨Metop卫星各有5个电池。 

燃烧燃料来移动卫星

更重要的是,为了保持卫星的轨道,它必须不时地移动。这些移动称为机动,由任务控制中心指挥。一旦指令到达卫星,通过发射称为推进器的小型反应马达进行机动。

图注:推进器燃烧燃料推动卫星

为推进器提高能量的燃料为肼燃料,这是一种毒性极强的易燃物质,甚至可以自行点燃。 Metop卫星的燃料装有300公斤的燃料,足以维持轨道长达10年。在飞行任务期间,一些燃料必须用来补偿大气阻力,但大多数燃料用于维持稳定受月球影响的轨道的倾角。这就要求旅行方向每年调整几毫度。尽管方向的变化非常小,但这些机动操作可能需要高达 20 公斤的燃料,因为 Metop 卫星的行驶速度如此之快 , 大约 8.5 km/s! 

避免空间碰撞 

在某些情况下,必须移动卫星以避免与空间碎片相撞。太空碎片包括从螺丝和螺栓到航天器大块的所有东西。对于在低地球轨道运行的Metop卫星来说,这种风险是最高的,大部分的空间碎片位于820公里左右的地方。

图注:太空碎片垃圾

目前,大约有2万个大于10厘米的太空垃圾被雷达跟踪,但由于碎片的速度,即使来自更常见的小块碎片撞击,也可能对Metop造成严重损坏甚至破坏。 

简而言之,卫星的动力三个方面:

来自机动用的燃料维持日常活动的太阳能电池,这些电池在太阳光线不可用时提供电力。

关于飞船卫星的太阳能电池板请教两个问题

卫星上用的太阳能电池板的转化率与民用的差不多,也都在22%(指光电转化效率)左右,最高也不超过24%。

现在民用的太阳能电池板就是原来卫星上用的,转为民用了。

最初的太阳能电池板就是为了为人造卫星和宇宙探测器供能而研发的,最初时的转化率只有15%左右,后来随着技术水平的提高,转化率也逐步提高了。最初没有民用,只是因为当时的技术还不成熟,其生产和使用成本太高了,民用是用不起的。现在技术越来越成熟,生产成本越来越低,所以就大规模民用了。现在卫星上用的太阳能电池板与各地建设的光伏电站(并网、离网、家用等)所使用的电池板已经没有什么区别了。

电池的光电转化率与许多因素有关,如晶硅的晶型、纯度、掺入其他元素的方式和量、表面处理方式、导线等。可以说,现在卫星上用的与光伏电站用的电池片(板)是一样的了。而且,地面上民用的电池板比起在太空中用的还要复杂一些,比如,在太空中不需要考虑电池板表面氧化问题,因为太空中是真空环境。而在地面上就必须尽可能不让电池板表面氧化,或尽可能减缓氧化。

1.其实太空中卫星的太阳能电池帆板实际面积非常大,并且卫星的太阳能电池和地面光伏电站用电池板材料不同,地面光伏电站目前常采用单晶硅、多晶硅、砷化镓聚光太阳能电池,目前地面电站效率最高的就是砷化镓聚光太阳能电池(效率在百分之30左右)而卫星用光伏板材质为砷化镓多结光伏电池(效率为百分之30-40)

2.由于太空中温度较高,硅光电池在200℃以上已经不能工作,而砷化镓太阳能电池对温度不敏感,极限较高

3.卫星的发电原理并不是热发电而是光-电转换。

4.卫星用光伏帆板功率受卫星大小、功能影响,小型卫星太阳能帆板功率大多在2-5Kw

5.卫星上用的光伏技术为什么不能普及:主要是砷化镓原材料价格昂贵

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