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3國內(nèi)外飛輪儲能技術(shù)應(yīng)用于衛(wèi)星的研究現(xiàn)狀 關(guān)于IPACS,大部分的研究調(diào)查都集中在IPACS的總體設(shè)計(jì)問題上,一般都是基于線性模型的姿態(tài)控制.對于非線性模型,我們經(jīng)常借助于特殊的非線性控制規(guī)則.自從1960s,就有了IPACS的概念,到了1980s,IPACS的研究達(dá)到了前所未有的流行.在1961年,由于一個(gè)17Whr/kg的磁懸浮軸承合成飛輪轉(zhuǎn)子的出現(xiàn)(10-20千轉(zhuǎn)數(shù)/分),Roes建議用飛輪代替蓄電池作為衛(wèi)星的儲能裝置.此裝置包括兩個(gè)反作用飛輪,但是他沒有提到使用此裝置進(jìn)行姿態(tài)控制.美國宇航局Glenn研究中心(原為lewis研究中心,1999年改名)從80年代起就開始了衛(wèi)星飛輪的研究,并在90年代末期在低地軌道衛(wèi)星能源與姿態(tài)控制集成系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子制造工藝、飛輪磁懸浮多輸入/多輸出(MIMO)方面取得很大進(jìn)展.在2000年3月,在飛輪轉(zhuǎn)速上又有了重大突破,達(dá)到工作轉(zhuǎn)速60krpm.NASA已經(jīng)研制出了AFRL/Honeywell整體動(dòng)力和姿態(tài)控制系統(tǒng)(integratedpower&attitudecontrolsystem,IPACS)的地面演示裝置.美國德克薩斯大學(xué)(UniversityofTexasatAustin)的希拿博士(Dr.RobertHebner)指出,目前,國際太空站(InternationalSpaceStation)是利用太陽能電池(solarbattery)的能源推動(dòng),但是,當(dāng)太空站轉(zhuǎn)到背著太陽的一面時(shí),太陽能電池吸收不到太陽光,便不能操作.國際太空站每九十分鐘環(huán)繞地球一次,當(dāng)太空站轉(zhuǎn)到背著太陽的一面時(shí),便要依靠太空站上的化學(xué)電池(chemicalbattery)提供能源;但是,一般的化學(xué)電池會慢慢地?fù)p耗,因此,科學(xué)家要定期更換太空站上的電池.而飛輪電池(flywheelbattery),可以持續(xù)地貯藏和供應(yīng)能源,并且會為太空總署(NASA)節(jié)省超過二億美元的電池開支.科學(xué)家解釋說,這種電池消耗簡單的原理,當(dāng)太陽照射到電池,裝配在鈦(titanium)柱(shaft)的飛輪會加快旋轉(zhuǎn),將動(dòng)能儲存起來,當(dāng)沒有太陽光時(shí),電池會釋放能量,而飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)便會放慢.美國的Satcon技術(shù)公司、NASALewis研究中心、馬里蘭大學(xué)也都已開發(fā)了衛(wèi)星姿態(tài)控制用飛輪系統(tǒng),NASA已經(jīng)做太空運(yùn)行試驗(yàn).先進(jìn)的飛輪技術(shù)準(zhǔn)備在國際空間站(ISS)上進(jìn)行試驗(yàn),如果獲得成功,可顯著提高未來航天器的性能和有效載荷能力,還能保證其他任務(wù)的完成.將在國際空間站上試驗(yàn)ACESE(姿態(tài)控制與能量儲存試驗(yàn))項(xiàng)目的飛行硬件現(xiàn)正在研制.這些硬件是向兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)的機(jī)械式飛輪陣列,它們將裝在一個(gè)箱子中,重181kg,于2001年在國際空間站上代替由3個(gè)箱子組成的鎳氫蓄電池.ACESE項(xiàng)目的次要目標(biāo)是通過改變各飛輪轉(zhuǎn)速來測量產(chǎn)生的姿態(tài)控制力矩.這種飛輪將采用先進(jìn)的復(fù)合材料與低價(jià)的制造技術(shù).