经典雷达资料-第22章天基雷达(sbr)系统和技术

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1、·846·第22章天基雷达（SBR）系统和技术主电源任一SBR性能的最终限制是主电源系统。最常使用的卫星主电源是太阳能-电池装置。高效砷化镓太阳能电池只有18%的效率[57]，再加上其他子系统包括控制台、转动铰链、滑环、电池、功率控制和配电设备，主功率系统的功率密度在13～24W/kg之间。太阳能电池系统有其局限性及一些缺点。这些缺点将在后面的章节中讨论。空间核能电源系统能给SBR带来诸多好处，美国从1961年的SNAP—3A起就已经向空间发射了多个核能电源系统。在1961～1977年期间送入轨道的众多核能电源系统中，只

2、有SNAP—10A是采用核反应堆的[58]~[61]。自那时以后，技术又向前发展了。据估计，一个SP—100型核反应堆的质量为2770kg，输出功率为100kW，因此能提供36W/kg的功率密度。太阳能电池和核能主电源系统的两种基本设计的两种功率能级为25kW和100kW。它们具有相同的展开高度，如图22.15所示[61]。可以看出，太阳能系统要比核能系统大。当功率增大时，太阳能系统的尺寸增大变得更加明显。比较两者的总长度，100kW太阳能系统的长度是核能系统的2.4倍。太阳能系统的重量取决于轨道的高度和日蚀期间的工作要

3、求。对一个在地球同步高度连续工作的太阳能阵列，100kW的太阳能系统重量估计为3970kg。比较有利和不利方面，基于已有的技术，将太阳能电池系统推广到大功率输出只是一个工程设计的问题。核反应堆的设计要求有工程的研发。核能主电源系统的优点包括：（1）在更高的功率上可实现更小的质量和尺寸；（2）在地球低轨道（LEO）和同步轨道（GEO）内没有自然环境的干扰；（3）不需要对准、万向接头、滑环和长寿命的电池，这表明原子核能系统具有极高的可靠性；（4）减少对SBR天线的影响，如多路径和副瓣；（5）具有比太阳能系统更强的抗核冲击能力

4、；（6）减小了光学和雷达特征；（7）造价降到太阳能的1/3（8）功率可连续供应；（9）没有定向要求；（10）没有机动限制；（11）功率不会下降，即寿命开始-寿命结束（BOL-EOL）功率电平；（12）没有大型柔性结构。·846·第22章天基雷达（SBR）系统和技术图22.15基准主电源系统：展开式结构[61]安全问题已在1980年联合国工作小组报告中讲到[59]。这个小组是专门从事空间核能源（NPS）安全问题的研究的。该小组重申的结论是NPS虽然可以在空间安全使用，但发射的国家必须承担以下责任：（1）按国际标准进行安全测

5、试和评估；（2）在发射时向联合国提供详细地设计和测试数据；（3）若NPS重返大气层时间基本确定，则应向联合国提供详细的轨道参数、可能坠落的地区、能量史、核燃料的清单及在距离1m处对生存环境的辐射量。工作小组指出，U235燃料反应堆需要400年的衰变期才能使裂变产物的放射性减小1000倍。这意味着应该使用的最低轨道高度为300nmile。很明显，从技术观点而言，若需要大功率电源，则大型SBR系统应使用核能主电源系统。22.5关键问题本节将简单地介绍相关的一些关键问题的解决方法。在SBR的开发中，关键问题包括：（1）系统造价

6、；（2）系统生存性和易损性；（3）系统校准；（4）天线的展开与变形；（5）舱内处理；（6）核能主电源。SBR系统造价通过对许多已成功入轨卫星的非正式研究后得出，按1988年的美元价值计算，SBR卫星的造价估计大约为每千克重量64000美元。发射费用不包括在内，它取决于发射手段。图22.16给出了通过非正式研究许多卫星的发射情况所得到的数据，给出了从美国的两个发射场，即东部测试场（ETR）和西部测试场（WTR）发射的几种运载工具的发射费用。可以看出，极地轨道费用大于从ETR正东的发射费用，采用航天飞机（STS）和大力神（T

7、itan）类火箭发射大的载荷比较经济（按单位重量费用美元/磅计算）。·846·第22章天基雷达（SBR）系统和技术图22.16低地球轨道的每磅费用生存性和易损性SBR系统的生存性和易损性必须予以验证和测试。自然空间辐射环境将在T/R模块上产生巨大总辐射剂量，受辐射剂量的大小取决于防护。表22.7列出了在高度为450nmile、900nmile和5600nmile的圆形轨道上5年期的总辐射量[32]。分析时，T/R模块的面积为1in2，若将穿透T/R模块包装两侧的粒子辐射考虑进去的话，则估计总受辐射剂量将是预期的2倍。芯片

8、的片基可以提供一些防护，但在这里被忽略了。·846·第22章天基雷达（SBR）系统和技术表22.7太空辐射环境摘要（摘自参考资料32）SBR轨道高度（nmile）5年总剂量，rads；铝护层厚度15（mils）25（mils）50（mils）4502（10）56（10）42（10）49002（10）64（10）52（