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3國內外飛輪儲能技術應用于衛(wèi)星的研究現(xiàn)狀 關于IPACS,大部分的研究調查都集中在IPACS的總體設計問題上,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的研究達到了前所未有的流行.在1961年,由于一個17Whr/kg的磁懸浮軸承合成飛輪轉子的出現(xiàn)(10-20千轉數(shù)/分),Roes建議用飛輪代替蓄電池作為衛(wèi)星的儲能裝置.此裝置包括兩個反作用飛輪,但是他沒有提到使用此裝置進行姿態(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)、轉子制造工藝、飛輪磁懸浮多輸入/多輸出(MIMO)方面取得很大進展.在2000年3月,在飛輪轉速上又有了重大突破,達到工作轉速60krpm.NASA已經研制出了AFRL/Honeywell整體動力和姿態(tài)控制系統(tǒng)(integratedpower&attitudecontrolsystem,IPACS)的地面演示裝置.美國德克薩斯大學(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,但是,當太空站轉到背著太陽的一面時,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,當太空站轉到背著太陽的一面時,便要依靠太空站上的化學電池(chemicalbattery)提供能源;但是,一般的化學電池會慢慢地損耗,因此,科學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.科學家解釋說,這種電池消耗簡單的原理,當太陽照射到電池,裝配在鈦(titanium)柱(shaft)的飛輪會加快旋轉,將動能儲存起來,當沒有太陽光時,電池會釋放能量,而飛輪的轉動便會放慢.美國的Satcon技術公司、NASALewis研究中心、馬里蘭大學也都已開發(fā)了衛(wèi)星姿態(tài)控制用飛輪系統(tǒng),NASA已經做太空運行試驗.先進的飛輪技術準備在國際空間站(ISS)上進行試驗,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,還能保證其他任務的完成.將在國際空間站上試驗ACESE(姿態(tài)控制與能量儲存試驗)項目的飛行硬件現(xiàn)正在研制.這些硬件是向兩個方向旋轉的機械式飛輪陣列,它們將裝在一個箱子中,重181kg,于2001年在國際空間站上代替由3個箱子組成的鎳氫蓄電池.ACESE項目的次要目標是通過改變各飛輪轉速來測量產生的姿態(tài)控制力矩.這種飛輪將采用先進的復合材料與低價的制造技術.