雷英俊，朱立穎，張文佳

（北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094）

引 言

從1958 年美國發(fā)射第1個(gè)月球探測器“先驅(qū)者0號(hào)”（Pioneer 0）開始，人類開展深空探測任務(wù)已經(jīng)有60多年的歷史，涵蓋月球、大行星、小行星、彗星及太陽等多個(gè)探測目標(biāo)，共發(fā)射了200多個(gè)探測器。我國的深空探測開始于“嫦娥1號(hào)”探月任務(wù)[1]，經(jīng)過10多年的發(fā)展，我國在月球探測領(lǐng)域取得了長足的發(fā)展，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)月球探測任務(wù)“繞、落、回”三步走戰(zhàn)略的前兩步[2]，目前正在研制的“嫦娥5號(hào)”作為三步走戰(zhàn)略的收官之戰(zhàn)，即將實(shí)現(xiàn)月球采樣返回任務(wù)。

根據(jù)我國深空探測任務(wù)規(guī)劃，后續(xù)深空探測任務(wù)將朝著更遠(yuǎn)更難的方向發(fā)展，2030年前后將有序開展月球極區(qū)探測、小天體探測、火星取樣返回、木星系探測4個(gè)深空探測方向的任務(wù)。相比于我國以往的深空探測任務(wù)，這些任務(wù)具有巨大挑戰(zhàn)性，這些任務(wù)對電源系統(tǒng)的供電保障能力也提出了更高的要求。本文通過調(diào)研和分析國內(nèi)外上述4個(gè)深空探測方向任務(wù)約束和電源系統(tǒng)需求，根據(jù)我國航天器電源系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，提出我國后續(xù)深空探測任務(wù)電源系統(tǒng)發(fā)展需求建議，為后續(xù)深空探測電源系統(tǒng)研究和設(shè)計(jì)提供參考。

1 任務(wù)約束及電源需求

1.1 月球極區(qū)探測任務(wù)約束及電源需求

在國際上，美國和前蘇聯(lián)針對月球開展了多次軟著陸探測，美國的探測任務(wù)主要包括“勘察者”（Surveyor）月球無人軟著陸探測器和“阿波羅”（Apollo）系列載人飛船；前蘇聯(lián)的探測計(jì)劃以“月球”系列為代表，先后完成了月球飛越、繞月飛行、軟著陸及月面巡視和月壤采樣返回等工程目標(biāo)；歐洲也曾開展Euro2000月球軟著陸探測任務(wù)。我國的月球探測任務(wù)按照“繞、落、回”三步走的戰(zhàn)略規(guī)劃，繼“嫦娥1號(hào)”[3]和“嫦娥2號(hào)”衛(wèi)星成功實(shí)現(xiàn)繞月探測目標(biāo)后標(biāo)后[1]，“嫦娥3號(hào)”[4-5]和“嫦娥4號(hào)”探測器成功實(shí)現(xiàn)月面軟著陸及月面巡視。計(jì)劃在2019年進(jìn)行“嫦娥5號(hào)”月球采樣返回任務(wù)。我國后續(xù)即將開展探月四期任務(wù)，瞄準(zhǔn)2030年前后在月球南極建立中國月球科研站的目標(biāo)，先期開展極區(qū)探測，主要任務(wù)約束如下。

1）極區(qū)表面惡劣環(huán)境[3]。光照條件差、溫度低。極區(qū)遍布撞擊坑，受極區(qū)太陽高度角和復(fù)雜地形影響，坑緣附近存在長期光照區(qū)，全年光照時(shí)間百分比可達(dá)到80%以上，但極區(qū)太陽高度角低，易受地形遮擋，需更加合理有效地利用能源；坑底基本無陽光直射，存在大面積永久陰影區(qū)。極區(qū)溫度較低，表面溫度約為100～160 K，對探測器的能源保障能力提出了更高的要求。

2）任務(wù)剖面復(fù)雜[6]，多器組合運(yùn)行。由于復(fù)雜任務(wù)需求，月球極區(qū)探測器需要多器組合運(yùn)行，多器之間不同組合狀態(tài)的供電需求不相同。以“嫦娥4號(hào)”為例，著陸器和巡視器存在兩器間的充電和放電需求，需要專項(xiàng)設(shè)計(jì)兩器聯(lián)合并網(wǎng)供電控制策略和專用控制電路[7]，確保在軌關(guān)鍵階段的供電可靠性，并保證供電裕度。

3）月面工作壽命長。中國以往探月工程，探測器月面工作壽命要求最長為1年，而據(jù)探月四期任務(wù)規(guī)劃，月面探測器工作壽命普遍增至5～8年，月面工作時(shí)間的大幅增加，需要電源系統(tǒng)開展相應(yīng)的長壽命設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。

4）輕小型化要求高。由于運(yùn)載能力約束，對電源系統(tǒng)的重量約束苛刻，在保證能源供應(yīng)的情況下，電源系統(tǒng)比能量要高，重量盡可能輕。

1.2 小天體探測任務(wù)約束及電源需求

國際上小天體（主要指小行星和彗星）探測已有30多年歷史，從20世紀(jì)90年代開始，小天體探測成為國際深空探測領(lǐng)域備受關(guān)注的熱點(diǎn)，小天體探測活動(dòng)日益增多，并獲得了較為豐碩的成果。美國、歐洲、日本先后完成了具有標(biāo)志性的小天體探測任務(wù)，如日本“隼鳥號(hào)”（Hayabusa）[8]、歐洲“羅塞塔號(hào)”（Rosseta）[9]及美國“黎明號(hào)”（Dawn）[10]等。“隼鳥號(hào)”探測器由日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（Japan Aerospace Exploration Agency，JAXA）研制，其任務(wù)是探測近地小行星25143Itokawa 并獲取樣本返回。“羅塞塔號(hào)”探測器是首個(gè)彗星附著探測器，主要任務(wù)是檢測彗核和彗發(fā)的成分，對彗核進(jìn)行監(jiān)測，研究彗星的起源、彗星與星際物質(zhì)之間的關(guān)系、太陽系的起源。“黎明號(hào)”探測器是世界上第一個(gè)先后環(huán)繞兩個(gè)天體的探測器，任務(wù)目標(biāo)是測量谷神星和灶神星小行星的質(zhì)量、形狀、體積和自旋狀態(tài)，研究這2顆小行星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對比這2個(gè)天體的演化過程，在此基礎(chǔ)上探索和研究太陽系的起源與演化。

將 G50酯化淀粉基膜材置于傅里葉紅外光譜的ATR附件上，利用壓頭壓緊，使之與晶體表面緊密接觸。以空氣為背景，分辨率為 4 cm-1，掃描范圍為600～4000 cm-1，掃描 32 次。

隨著深空探測技術(shù)的發(fā)展，小天體探測任務(wù)的探測距離越來越遠(yuǎn)，探測難度越來越大，小天體探測任務(wù)逐漸由“飛越探測”向“繞飛-附著-采樣”直至“偏轉(zhuǎn)-操控-利用”方向發(fā)展，電源系統(tǒng)作為小天體探測器的能源“心臟”，其電能供應(yīng)的難度也大幅度的提高。我國小天體探測任務(wù)研究工作起步較晚，研究基礎(chǔ)相對比較薄弱，電源系統(tǒng)可借鑒以美國、日本為代表的國外小天體探測器電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研制經(jīng)驗(yàn)。

“隼鳥號(hào)”“羅塞塔號(hào)”和“黎明號(hào)”任務(wù)約束及其電源系統(tǒng)應(yīng)對設(shè)計(jì)如表1所示[11-12]。

表1 任務(wù)約束及其電源系統(tǒng)應(yīng)對設(shè)計(jì)Table 1 Task constrains and power system designs

小天體探測任務(wù)約束可歸納如下:

1）探測任務(wù)軌道復(fù)雜，使用電推進(jìn)作為主推進(jìn)。對于近地小天體，大多數(shù)直徑在100～2 000 m 的范圍內(nèi)，其軌道在地球附近，近日點(diǎn)距離小于1.3 AU。對于主帶小天體，直徑多大于近地小天體，目前發(fā)現(xiàn)最大的小天體是位于主帶的谷神星，直徑約946 km，其次是智神星和灶神星，平均直徑都超過400 km，主帶小天體分布于火星和木星之間，距太陽約2～4 AU，對于小天體環(huán)繞著陸探測、采樣返回探測等復(fù)雜任務(wù)，任務(wù)軌道多變，受制于運(yùn)載火箭重量約束條件，小天體探測器大都采用電推進(jìn)方式，使用較少的重量代價(jià)來獲得很大的速度增量，如“隼鳥號(hào)”和“黎明號(hào)”探測器均采用了電推進(jìn)技術(shù)，但與此同時(shí)，電推進(jìn)負(fù)載具有功耗大、工作電壓高的特點(diǎn)，小天體探測器為電推進(jìn)大功率負(fù)載提供高壓母線，因此要求電源系統(tǒng)能滿足電推進(jìn)和平臺(tái)負(fù)載不同電壓和不同功率的供電需求。

2）光強(qiáng)變化范圍大。對于近地小天體，由于其軌道距離約為1 AU，其光強(qiáng)條件與地球靜止軌道衛(wèi)星光強(qiáng)條件相近。對于主帶小天體，如灶神星，軌道距離地球約3.5 AU，其光強(qiáng)條件與近地小天體相比，大幅度減弱，約為地球軌道衛(wèi)星光強(qiáng)的0.08倍。因此，小天體探測器電源系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮低溫低光照條件對電源系統(tǒng)的影響，確保電源系統(tǒng)在遠(yuǎn)地時(shí)提供足夠的功率，同時(shí)在近地時(shí)也可滿足探測器負(fù)載需求[13-14]。

1.3 火星探測任務(wù)約束及電源需求

很多國家實(shí)施過火星探測任務(wù)，但完全成功的均由美國完成，具體包括“海盜1號(hào)”（Viking-1）、“海盜2 號(hào)”（Viking-2）、“火星探路者”（Mars Pathfinder，M P F）、“勇氣號(hào)”（S p i r i t）、“機(jī)遇號(hào)”（Opportunity）、“火星探測巡視器”（Mars Exploration Rover，MER）、“鳳凰號(hào)”（Phoenix）、“火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”（Mars Science Laborator，MSL）及“洞察號(hào)”（Insight）。我國首次火星探測任務(wù)計(jì)劃2020年實(shí)施，通過一次發(fā)射，實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞和著陸巡視探測。具體而言，通過環(huán)繞探測，開展火星全球性和綜合型的探測；通過巡視探測，開展火星表面重點(diǎn)區(qū)域高精度、高分辯率的精細(xì)探測?；鹦翘綔y任務(wù)約束如下。

1）火星光強(qiáng)弱，光強(qiáng)波動(dòng)大。目前國際通常采用的地球軌道的光強(qiáng)為1 367 W/m2，火星上的平均太陽光強(qiáng)約為地球的0.43倍，火星探測器的平均光強(qiáng)約為590 W/m2。此外，火星的光強(qiáng)還會(huì)有±19%的波動(dòng)，具體為太陽光強(qiáng)為493～717 W/m2。與地球軌道探測器相比，由于太陽光強(qiáng)大幅降低，在滿足相同功率需求的條件下，火星探測器所需要的太陽電池片更多，面積和質(zhì)量更大。與月球探測器相比，火星探測器要攜帶更多的推進(jìn)劑燃料，因此在運(yùn)載火箭質(zhì)量約束的前提下，采用高光電轉(zhuǎn)換效率的太陽電池片，大幅度提高電源系統(tǒng)的比能量，另外，當(dāng)太陽光強(qiáng)逐步減小時(shí)，太陽電池陣輸出的伏安曲線也在不斷變化，電源控制裝置設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能利用有限的太陽電池陣輸出功率[15-16]，解決火星探測器能源供應(yīng)問題。

2）火星表面大氣影響。由于火星大氣使火星表面太陽光譜與AM0（Air Mass 0）光譜有較大差異，進(jìn)而影響火星車太陽電池陣設(shè)計(jì)。

3）火星塵埃影響[17-18]?；鹦菈m埃累積與塵暴效應(yīng)對太陽電池發(fā)電效率帶來一定影響；另外，火星塵埃受到大氣運(yùn)動(dòng)影響，也會(huì)產(chǎn)生塵暴等惡劣條件，影響太陽電池陣輸出功率。

1.4 木星系探測任務(wù)約束及電源需求

從1972年發(fā)射的“先驅(qū)者10號(hào)”（Pioneer 10）任務(wù)開始，國外先后有7個(gè)探測器在飛行過程中交會(huì)飛越木星，“伽利略號(hào)”（Galileo）探測器[19-20]和“朱諾號(hào)”（Juno）[21-22]探測器分別于1995年和2016年抵達(dá)木星并對其進(jìn)行環(huán)繞探測。我國目前規(guī)劃2036年前后進(jìn)行木星系及行星際穿越探測。木星系探測任務(wù)約束如下：

1）軌道設(shè)計(jì)復(fù)雜。對于木星環(huán)繞探測，要根據(jù)對木星不同衛(wèi)星的飛越探測需求，設(shè)計(jì)不同的軌道。木衛(wèi)1～木衛(wèi)4的公轉(zhuǎn)半徑范圍為6～26.5倍木星半徑，若要對木星系內(nèi)多顆衛(wèi)星進(jìn)行探測，需要進(jìn)行精巧的飛行軌道設(shè)計(jì)。此外，木星系探測器還要根據(jù)不同的能源獲取方式，設(shè)計(jì)木星系內(nèi)環(huán)繞探測軌道，若采用太陽能供電，還需要考慮不同軌道光照條件對探測器設(shè)計(jì)的影響，例如采用木星極軌軌道，可以最大限度獲取太陽光照，但極軌軌道則難以對木星衛(wèi)星進(jìn)行探測；若采用赤道平面的飛行軌道，就需要頻繁經(jīng)歷長達(dá)數(shù)個(gè)小時(shí)的木星地影期，但卻可以在飛行過程中對多顆木星衛(wèi)星進(jìn)行飛越探測[23]。

2）光強(qiáng)變化劇烈。木星距離太陽4.95～5.46 AU，木星探測器太陽光強(qiáng)僅為46～54 W/m2，約為地球軌道衛(wèi)星光強(qiáng)的3.4%，需要對太陽電池片進(jìn)行低光強(qiáng)的適應(yīng)性設(shè)計(jì)。

3）抗輻射設(shè)計(jì)。木星磁場帶來的輻射帶中富含強(qiáng)于地球輻射帶數(shù)千倍的高能粒子[24-25]，對探測器的電子設(shè)備以及太陽電池片造成巨大的危害，因此木星環(huán)繞探測器都需要對器內(nèi)電子設(shè)備進(jìn)行專門的防輻射設(shè)計(jì)，對于采用太陽電池陣的探測器，需要對太陽電池片進(jìn)行抗輻照防護(hù)設(shè)計(jì)[26-27]。

木星系探測任務(wù)距離遙遠(yuǎn)，木星周邊低溫和低光強(qiáng)條件，空間環(huán)境復(fù)雜，給木星探測器的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了很大的挑戰(zhàn)。因此，木星環(huán)繞探測器的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出多樣性?！百だ蕴?hào)”探測器電源系統(tǒng)采用了放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器，使人類首次實(shí)現(xiàn)對木星的環(huán)繞探測。隨著太陽電池陣技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)行木星探測使用太陽能供電變得可行?！爸熘Z號(hào)”探測器就采用了“太陽電池+蓄電池”的電源體制，使用了約60 m2的太陽翼為探測器供電。與此同時(shí)，歐洲航天局籌劃的木星冰衛(wèi)星探測器任務(wù)（JUpiter ICy moons Explorer，JUICE），計(jì)劃2022年發(fā)射，采用“太陽電池+蓄電池”的方案。

2 電源系統(tǒng)發(fā)展建議

回顧我國已進(jìn)行的深空探測任務(wù)，我國月球探測器電源系統(tǒng)采用了“太陽電池陣+蓄電池組”的組合方式，由太陽電池陣將光能轉(zhuǎn)換為電能為探測器供電，并將多余的能量轉(zhuǎn)化為化學(xué)能進(jìn)行儲(chǔ)存，必要時(shí)儲(chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能[28]。隨著技術(shù)的進(jìn)步，從“嫦娥1號(hào)”到“嫦娥4號(hào)”，月球探測器電源技術(shù)取得了長足的發(fā)展。在發(fā)電方面，從“嫦娥1號(hào)”使用的單晶硅太陽電池片發(fā)展到“嫦娥4號(hào)”使用的三結(jié)砷化鎵太陽電池，太陽光電轉(zhuǎn)換效率提升到30%；在儲(chǔ)能方面，從鎳氫蓄電池組發(fā)展到了鋰離子蓄電池組，其比能量提高到了150 Wh/kg；在供電體制方面，從分陣式功率調(diào)節(jié)發(fā)展到統(tǒng)一功率調(diào)節(jié)，電源系統(tǒng)拓?fù)涔β拭芏却蠓嵘?/p>

從我國后續(xù)深空探測任務(wù)可以看出，航天器需要經(jīng)歷地外天體著陸、巡視、采樣返回等多種任務(wù)，從第2節(jié)各類深空探測任務(wù)的約束分析可以看出，后續(xù)深空探測任務(wù)對電源系統(tǒng)提出了更高的要求，要求具有更輕的重量，能適應(yīng)寬溫度范圍，具備強(qiáng)抗輻照能力，能在更寬范圍太陽光照條件下正常工作等。因此深空探測任務(wù)強(qiáng)烈需求能在極端溫度條件下工作的輕小、高功率密度、可靠長期發(fā)電及儲(chǔ)存的供電系統(tǒng)。

深空探測任務(wù)對電源系統(tǒng)主要需求總結(jié)如下。

1）寬溫度和光強(qiáng)適應(yīng)性、抗輻照的太陽電池陣。目前廣泛應(yīng)用的三結(jié)砷化鎵太陽電池片光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到30%以上，隨著多結(jié)砷化鎵太陽電池片的研究開發(fā)，未來具備更高光電轉(zhuǎn)換效率的多結(jié)砷化鎵太陽電池片將會(huì)大量應(yīng)用。但對于深空探測任務(wù)，從地球軌道到任務(wù)軌道，探測器會(huì)經(jīng)歷劇烈的太陽光照環(huán)境變化。例如對于木星系任務(wù)，相比于地球軌道，木星軌道的光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度都遠(yuǎn)低于地球軌道。低光強(qiáng)條件下太陽電池陣的輸出電流能力下降顯著，低溫條件下太陽電池陣的輸出電壓大幅提升；對于以太陽電池陣作為主要能量來源的航天器，需要應(yīng)對太陽電池片在低溫低光照條件下的性能影響，需要有針對性地進(jìn)行低溫低光強(qiáng)設(shè)計(jì)。

在深空探測任務(wù)中，太陽電池陣需要經(jīng)歷惡劣的空間環(huán)境。例如在木星軌道環(huán)繞過程中，太陽電池片需要經(jīng)歷惡劣的木星磁場環(huán)境。經(jīng)過計(jì)算，對于木星極軌環(huán)繞探測任務(wù)，在軌運(yùn)行1年所受到的能量粒子總通量與地球GEO 軌道最惡劣情況在軌15年的總通量接近。太陽電池陣作為星外設(shè)備，需要進(jìn)行重點(diǎn)防護(hù)，目前常用的防護(hù)措施主要有以下3個(gè)方面：①在太陽電池陣質(zhì)量允許的情況下，選用較厚的玻璃蓋片；②在太陽電池陣設(shè)計(jì)中，采用外形尺寸略大的玻璃蓋片對電池片進(jìn)行防護(hù)，兩側(cè)裸露的間隙用膠粘劑填縫覆蓋；③太陽電池陣設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)結(jié)合玻璃蓋片選型，預(yù)估太陽電池的損傷總劑量，并在設(shè)計(jì)時(shí)留充足余量，作為計(jì)算太陽電池陣末期輸出功率的依據(jù)，但以上這些措施均會(huì)帶來較大的重量資源代價(jià)，應(yīng)該從設(shè)計(jì)上提高太陽電池片的抗輻照性能[29]。

2）輕小型、智能化的電源控制裝置。對于深空探測任務(wù)，由于距地球距離遠(yuǎn)，受運(yùn)載能力限制，探測器的質(zhì)量要求限制嚴(yán)格，對電源系統(tǒng)的輕小型化設(shè)計(jì)提出了更高要求。電源系統(tǒng)的輕小型化設(shè)計(jì)，除考慮高比功率蓄電池及高性能太陽電池陣之外，電源控制裝置應(yīng)優(yōu)選集成化設(shè)計(jì)方式。由于片上系統(tǒng)（SoC）和系統(tǒng)級封裝（SIP）技術(shù)發(fā)展迅速，芯片電源逐漸成熟，故電源控制裝置可考慮采用封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)更高的集成化設(shè)計(jì)，同時(shí)采用總線化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的輕小型化。

為應(yīng)對深空探測任務(wù)模式復(fù)雜及遠(yuǎn)距離通信帶來的大時(shí)延難題，深遠(yuǎn)距離的深空探測器應(yīng)具備較強(qiáng)的自主運(yùn)行能力，以及時(shí)應(yīng)對突發(fā)和非預(yù)期情況，因此需開展電源系統(tǒng)自主運(yùn)行和智能管理研究。電能自主運(yùn)行和智能管理應(yīng)至少具備電能的監(jiān)測和調(diào)節(jié)、電能的分配、電能的保護(hù)。目前，我國深空探測器的電能自主管理主要通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件完成，但這種模式存在一定的實(shí)際問題，電源系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)接口復(fù)雜，界面不清晰，交互數(shù)據(jù)多，系統(tǒng)耦合多；器載控制器資源浪費(fèi)，目前器上軟件通常只負(fù)責(zé)應(yīng)急狀態(tài)下的能源管理，大量的能源平衡分析仍然由地面計(jì)算實(shí)現(xiàn)。對于深空探測任務(wù)，尤其是一次實(shí)現(xiàn)伴飛、著陸及采樣的小天體探測器，因小天體表面特性、采樣任務(wù)復(fù)雜以及通信大時(shí)延難題，必須實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)自主運(yùn)行和管理。

3）更高功率密度的電源系統(tǒng)MPPT拓?fù)溲芯俊τ诘厍蜍壍篮教炱?，目前我國電源系統(tǒng)拓?fù)浯蠖嗖捎庙樞蚓€性分流（S3R）或串聯(lián)順序線性分流（S4R）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。但對于我國后續(xù)深空探測任務(wù)，任務(wù)約束中太陽光強(qiáng)變化范圍大，為了更好地利用太陽電池陣電能，應(yīng)優(yōu)選MPPT 調(diào)節(jié)方式。MPPT 有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中不調(diào)節(jié)母線MPPT拓?fù)浜唵?，缺點(diǎn)是不能提供穩(wěn)定的母線電壓；全調(diào)節(jié)母線MPPT 可提供穩(wěn)定的母線電壓，但拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要根據(jù)具體的任務(wù)進(jìn)行拓?fù)溥x用分析?！傲_塞塔號(hào)”探測器采用全調(diào)節(jié)MPPT拓?fù)?，“隼鳥號(hào)”與“黎明號(hào)”探測器都采用不調(diào)節(jié)MPPT拓?fù)洌菍τ陔娡七M(jìn)負(fù)載，而是采用直接由太陽電池陣為電推進(jìn)負(fù)載供電，這種方式在實(shí)現(xiàn)MPPT 獲取太陽電池陣最大可用功率的同時(shí)，又能減小電源系統(tǒng)的質(zhì)量，提高系統(tǒng)功率密度。因此針對后續(xù)深空探測任務(wù)，需要開展更高功率密度的電源系統(tǒng)MPPT拓?fù)溲芯俊?/p>

3 RTG發(fā)展展望

針對木星系探測以及太陽系邊際探測等深空探測任務(wù)的能源需求，由于光強(qiáng)太弱，使用太陽電池陣作為能源來源已經(jīng)不太可行，因此不受光強(qiáng)和溫度影響，能夠提供可靠和長期持續(xù)電能的熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)成為首選[30]。相比其它類型空間核電源，同位素溫差發(fā)電技術(shù)（RTG）是目前可用于深空探測任務(wù)的技術(shù)成熟度最高的首選核電源方案[31]。迄今為止，美、俄兩國已在數(shù)10次航天任務(wù)中成功地使用了數(shù)10臺(tái)RTG[32]，在軌工作時(shí)間最長已達(dá)30年以上，最遠(yuǎn)已經(jīng)到達(dá)了太陽系邊緣，RTG的高可靠和長壽命已經(jīng)得到了驗(yàn)證[33]。美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（Jet Propulsion Laboratory，JPL）第4代高效RTG采用方鈷礦材料、寬溫域器件，熱電轉(zhuǎn)換效率大于7.5%，效率較“好奇號(hào)”（Curiosity）提高24%。我國對空間用RTG的研究剛剛起步，“嫦娥4號(hào)”上已采用RTG進(jìn)行在軌驗(yàn)證。面向后續(xù)深空探測任務(wù)，高比功率、高可靠的RTG技術(shù)需進(jìn)行專項(xiàng)投入[34]。