電源艙

電源艙是一個基本的軌道空間系統，它將增加太空梭軌道器的供電能力，以支持空間實驗室飛行，並將為那些供電能力要求高、飛行時間長和有人值守工作的太空梭的各種載荷提供獨特的自由飛行供電方式。

電源艙的功用如下：（1）允許太空梭軌道器和空間實驗室維持有意義的軌道飛行時間，大大超過基本空間運輸系統所能提供的7天時間，無需太空梭及其有效載荷付出多大代價；（2）為太空梭載有效載荷的飛行提供能源、散熱能力和姿態控制，並改善其對環境的污染；（3）電源艙本身是一個高性能宇宙飛行器，它為自由飛行的有效載荷提供能源、散熱能力、姿控、數據管理和間斷的人工管理；（4）為未來的科學發展和空間技術套用活動提供能力基礎；（5）推動技術與套用的發展，支持太陽能衛星的論證。

基本介紹

• 中文名：電源艙
• 外文名：Power supply module
• 作用：增加太空梭軌道器的供電能力
• 典型實例：25千瓦電源艙
• 定位：高性能宇宙飛行器

創造背景

在詳細擬定的初期太空梭飛行任務計畫中，可以看出，許多有效載荷將要求更長的飛行時間和更多的電能，這都是太空梭基本軌道器力所不及的。太空梭的軌道器只能為有效載荷維持7天的軌道飛行提供不超過7千瓦的電能。

天文學領域內的試驗希望有較長的恆星觀測時間，太陽物理學要探測整個太陽的各個部分，生命科學要對長期失重效應有足夠的了解，日地觀測需研究太陽對地球天氣的影響，而材料加工要作高溫高效率生產試驗;這一切都要求有相當長的飛行時間和大功率的太空梭飛行。

除與太空梭對接飛行形式外，還有一種令人感興趣的獨立的自由飛行方式。對於那些要求大功率電源的有效載荷，這倒是一種經濟有效的辦法。到目前，自由飛行電源艙維持飛行的有效載荷，經鑑定有材料加工設備和日地觀測儀器。它們要求飛行時間長、功率大、由人定期管理和不污染環境的電源艙。

主要功能

概括起來，25千瓦電源艙的功用如下：（1）允許太空梭軌道器和空間實驗室維持有意義的軌道飛行時間，大大超過基本空間運輸系統所能提供的7天時間，無需太空梭及其有效載荷付出多大代價；（2）為太空梭載有效載荷的飛行提供能源、散熱能力和姿態控制，並改善其對環境的污染；（3）電源艙本身是一個高性能宇宙飛行器，它為自由飛行的有效載荷提供能源、散熱能力、姿控、數據管理和間斷的人工管理；（4）為未來的科學發展和空間技術套用活動提供能力基礎；（5）推動技術與套用的發展，支持太陽能衛星的論證。

工作方式

為適應有效載荷的變化，25千瓦電源艙的工作方式主要有三種:與太空梭軌道器對接、對接並展開儀器架和自由飛行。對有效載荷而言，每種工作方式都有其優點。

對接飛行

用這種方式，電源艙與軌道器對接，使軌道器在軌道上的飛行時間延長，並使電功率、散熱能力和姿態穩定性都獲得改善。軌道飛行時間可以維持到60天，約為原給定飛行時間的十倍(這60天限制是由軌道器燃料電池反應物氣化速度決定的。改進致冷箱的絕熱就能延長飛行時間，使之超過這個界限)。

圖1

如圖1表示的是在只有太空梭和太空梭加電源艙兩種情況下，允許的空間實驗室有效載荷重量隨飛行時間的增加而減少的曲線。該曲線是按照典型的空間實驗室的飛行而繪製的。在這種任務中，空間實驗室有效載荷重量約占整個太空梭有效載荷容許重量的一半。在太空梭單獨供電曲線中，重量的急劇減少主要是所需燃料電池反應物的增加引起的。在太空梭加電源艙供電曲線中，曲線的向下傾斜是乘員消費品增加引起的。電源艙的對接結構和機械裝置使初始重量增加了500公斤。

對接-展開儀器架式

對接-展開儀器架式，在電源艙與軌道器保持對接並向軌道器和有效載荷提供近似等量電平的電源這一意義上來講，兩者是相似的，其區別是對接一展開方式用有效載荷部件提供直接接口，有效載荷部件與電源艙的第二艙口對接，有效載荷部件可以接收全部功率(電源艙25千瓦加上軌道器提供的7千瓦可多達千32瓦)和發散熱。這個條件對材料加工設備可能是有用的。缺點是由於使用軌道器燃料電池提供的電源，所以必須遵守基本的7天飛行時間。除了那些要求大功率和飛行期短的有效載荷外，對接一展開儀器架方式也被用於自由飛行有效載荷展開前的檢查工作。

自由飛行式

很明顯，25千瓦電源艙自由飛行方式有獨特的優點，這對許多科學和套用實驗來說是十分重要的，這個道理已為載荷設計者們所認識。工作時間長、自由飛行、有人值守、大功率和實際上不污染環境等特點被認為是支持某些有效載荷的必要性能，這些有效載荷可能是與軌道器不相容的，或者是由於財政上的限制，有效載荷在設計上不會得到高性能宇宙飛行器的支援。在電源艙自由飛行方式中，附上的有效載荷在接收電源艙的全部額定功率、散熱、姿控、通信和數據管理方法時，它可以一直工作下去，實際上不受時間限制。

設計性能

結構分系統

25千瓦電源艙的結構分系統由主體、用於安裝大型太陽電池陣的前部結構和用於連線軌道器和自由飛行有效載荷的對接機構三部分組成。為便於艙外維修活動，大多數的其它分系統部件都安裝在主體內側面。不斷發展的成本與性能的貿易研究，將決定適當的使用阿波羅望遠鏡計畫的備用飛行構件作為電源艙結構分系統的主要部件。

溫控分系統

溫度控制分系統為電源艙各部件提供主動式溫度控制並排出從軌道器一有效載荷接收來的熱能。按照對接飛行工作方式需要的散熱條件，已經規定了電源艙的溫控分系統的性能。這就是，除了為本艙各系統提供溫控外，電源艙還能夠從軌道器接受至少相當於11千瓦電能轉換的熱量。溫控分系統的主要部件是空間實驗室計畫的冷卻板和太空梭的熱輻射板、泵、閥門和其它部件。由於太空梭熱輻射器(5年時間)對微流星穿透的敏感性，因此目前正在評價別的熱輻射器結構方案(如扁平板和熱管)。

姿控分系統

姿態控制分系統的用途是為對接飛行方式的電源艙和軌道器提供穩定性和有限的機動，並為以自由飛行方式工作的電源艙和有效載荷提供充分的姿態控制。在對接飛行中某些機動特性和某方位的保持將需要軌道器微調反作用控制系統的幫助。軌道器也可以提供姿態補償。電源艙姿控分系統的核心是三個控制力矩陀螺系統，它們是阿波羅望遠鏡計畫的備用飛行部件。姿控分系統包括幾個速率陀螺和一個太陽敏感器作輔助，它們都是經過飛行考驗的部件。

通信和數據處理分系統

通信和數據處理分系統主要由航宇局標準件構成。它的主要功能是接收和傳送指令，監視電源艙和自由飛行的有效載荷各系統的工作狀態，以及為姿控分系統計算數據。在對接飛行時經由軌道器進行通信，在自由飛行時則經由遙測數據中繼衛星系統進行通信。鑒於許多自由飛行有效載荷需要高效能數據管理和遙測手段，所以現在正在重新評價電源艙的通信和數據處理分系統。這個評價的主要內容是提出論點，說明上述擴大了能力的分系統按邏輯推理是應併入電源艙呢還是應作為有效載荷的固有部分。在由電源艙同時對幾個有效載荷(如空間物理學、天文學和材料加工)提供支援的情況下，提出上述問題就顯得更為恰當。