Question

“奮進號”航天飛機進行過一次太空飛行，其主要任務是給國際空間站安裝太陽能電池板.該太陽能電池板長L=73m,寬D=12m,將太陽能轉化為電能的轉化率為η=20%,已知太陽的輻射總功率為P₀=3.83×10²6W,地日距離為R₀=1.5×10¹¹m,國際空間站離地面的高度為h=370km,它繞地球做勻速圓周運動約有一半時間在地球的陰影內,所以在它能發電的時間內將把所發電的一部分儲存在蓄電池內.由以上數據,估算這個太陽能電池板對國際空間站提供的平均功率是多少?

Answer 1

解析：由于國際空間站離地面的高度僅為地球半徑的約二十分之一,可認為是近地衛星,h遠小于R₀,因此它離太陽的距離可認為基本不變,就是地日距離R₀.太陽的輻射功率應視為均勻分布在以太陽為圓心、地日距離為半徑的地面上,由此可以算出每平方米接收到的太陽能功率I₀(該數據被稱為太陽常數),再由電池板的面積和轉化率,可求出其發電時的電功率為P,由于每天只有一半時間可以發電,所以平均功率只是發電時電功率的一半.

答案：國際空間站離太陽的距離R=R₀-h-R_地≈R₀.

國際空間站處每平方米接收到的太陽能功率I₀=P₀/(4πR₀²)=1.35 kW/m².

電池板發電時的電功率為P=I₀ LDη=2.4×10⁵ W.

太陽能電池板對國際空間站提供的平均功率P-=P/2=1.2×10⁵ W.