从Spacex公司的兴起看世界航天格局演变(三)
航天发射的国家队
从航天时代开始之后各国的航天竞赛以及火箭发动机的演变,可知人类航天发展到21世纪初基本进入了一个火箭技术总体上停滞而卫星技术利用各学科的发展而进步更明显的状态,但由于火箭的发射成本始终居高不下,不得不把每一颗卫星都做得又大又强,当然也就越贵。显然用一枚一亿美元的火箭把只有几千万美元的卫星或者深空探测器送上太空不是可以持续的做法,但一颗几亿美元的卫星加上一枚一亿美元的火箭,这种生意又不是一般的公司或者小国能随便做的——直到现在还有些小国和穷国在为自己的第一颗卫星而努力。长期以来航天这个圈子都很小,参与者只有寥寥几个,在部分程度上可以说,这种局面的瓶颈就是因为火箭发射费用的高昂。直到马斯克之前,各国普遍都对解决这个问题不抱太大希望,因而也就没有明确的计划和时间表。

在SpaceX公司之前,世界上能提供航天发射服务的只有这么几个:首屈一指的是欧洲阿里亚娜公司,这实际上是欧空局的一个商业手套,从20世纪80年代后期趁着美国航天飞机失事以及随后的一连串火箭事故,欧洲人趁机以“阿里亚娜”4型火箭席卷世界商业航天发射市场,除了美国自己被集中爆发的事故搞得焦头烂额外,最主要原因一个是其价格比美国火箭便宜,按理说欧洲的人均生活水平和美国差别不大,但欧洲人一向善于利用各种政府补贴加强重要产业的竞争力,再加上法国正好在南美洲赤道附近有一个海外省也就是法属圭亚那,在这里建设的发射场最大限度地靠近赤道,从而可以充分利用地球自转带来的初始速度去执行GTO卫星任务。相比之下,俄国人从拜克努尔发射场执行GTO轨道发射任务就面对很大的困难,既不能充分利用地球的自转速度,还需要具备多次点火变轨以改变轨道面的能力,在为“质子”火箭研发了成熟的上面级后,苏联人才最终在1974年用“质子”火箭发射通信卫星进入了GTO轨道,距离其发射人类第一个人造地球卫星已经过去了17年,比美国也晚了10年。可以说苏联在发射卫星方面虽然起了个大早,但是在通信卫星方面却赶了个晚集。欧洲人在尝到市场甜头后自然不肯放弃,投入大笔资源开发了“阿里亚娜”5型火箭以巩固其市场地位,这款芯级火箭采用液氢液氧发动机,而助推器是固体火箭的模式,从之前的分析可知,这种构型在技术上属于较好的组合,固体助推火箭比冲低推力大,最适合干助推的活,而液氢液氧发动机的比冲最高,在地面就点火还可以增加可靠性,这款火箭的市场目标就是定位在GTO轨道上进行优化,早期型可以将6吨载荷送入GTO,而后期的ECA改型提高到了10吨,从而可以采取将2枚5吨以下的卫星“拼车”的模式发射入轨,从而更加提高了市场竞争力。而在实际运营中“阿里亚娜”5火箭展示了另一个强悍的竞争力要素,那就是高可靠性,在火箭试射初期的几次失败后,这款重型火箭实现了连续80多次发射成功的成绩,成功率只有美国肩负国防卫星发射重任的两款重型火箭“德尔塔”4和“宇宙神”5可与之相比。成功率高则保险公司的保险费就会低,从而更加强化其竞争优势。

欧洲人成功的另一个重要原因就是缺少竞争对手,运载火箭发射能力的技术和资金成本太高,在20世纪70年代就形成了美、苏、欧、中、日五个主要玩家的格局,到80年代这个圈子又增加了一个印度,参与者依然很少,这其中苏联作为和美国对标的航天大国无疑在运载火箭技术上没有问题,但此时冷战正酣,苏联东欧阵营以外的国家不可能把从美国订购的卫星运到苏联去发射,而在卫星技术上美国拥有比火箭更大的技术优势。因此苏联直到1991年冷战结束之前还不能入场。再往下数的话就只有中国和日本了,中国的“长征”2号和3号火箭经过十几年低频度发射的摸索已经相对成熟,可以参与到国际发射服务中去,而且此时中国和西方关系较为亲密,并不排斥中国加入竞争。因此中国也借着美国人暂时退出航天商业发射的机会进入到这个市场,从1990年以发射“亚洲一号”通信卫星开始,逐步接单这类发射合同。因为中国的特殊情况,定价在国际市场上最具竞争力,不过要注意的是,此时中国火箭的发射能力仍然只能涵盖部分市场,比如一开始接GTO发射合同的“长征”3号火箭的运力当时只有1.6吨。不过随着中国技术的快速发展,这个能力在迅速增强,到现在的主力“长征”3号乙时,已经提高到了5.5吨。不过在20世纪90年代后期,美国开始禁止所有采用美国零部件的卫星由中国火箭发射,这看上去只是美国的问题,但美国长期积淀的技术优势使得世界上不采用美国技术的先进卫星少之又少,这就基本把中国的“长征”火箭摒除在国际发射市场之外了。

相反,西方世界曾经的敌人苏联在解体后,继承其衣钵的俄罗斯拿出了可以发射GTO的“质子”火箭加入到这一市场的争夺,这款火箭的GTO发射能力超过5吨,已经可以直接将比较重的通信卫星送入轨道。不过其成功率不是很理想,保险费高还是其次,关键在于总是稳定在十射一炸的水平上,让客户实在有些提心吊胆,因此其只能瓜分一定的市场份额,但无法占据优势。至于苏联发射数量最多也最可靠的“联盟”火箭,因为运载能力太小,再从苏联高纬度发射场发射根本吃不下GTO商用卫星的发射任务,在早期反倒是比较边缘化。直到后来俄罗斯加入国际空间站计划后,“联盟”火箭才有了用武之地,被用来发射载人和货运飞船。值得一提的是,俄国人为了克服自身发射场纬度高的问题,还曾经与乌克兰及美国联手,搞了一个海上发射公司,将一座石油钻井平台改造为火箭发射平台,在一条支援船的配合下,跑到赤道海洋上用“天顶”火箭来发射商业载荷,也曾经拿下了不少的发射订单。“天顶”火箭其实就是用当年大名鼎鼎的“能源”号运载火箭的助推器改造的,装有一台高压补燃的RD-170液氧煤油发动机,不过这个公司经营不善,破产过一次,虽然后来重组,但在国际市场上的影响力越来越小。

至于日本和印度,虽然也具备火箭发射能力,但日本的这类产品太贵,印度的火箭则太弱,很长时间里都成不了气候。所以在十几年的时间内,世界商业发射市场基本就是俄国和欧洲的竞争。其它国家属于第二梯队,相对有些成绩的反而是印度,其依靠大数量搭载小微卫星的模式占据了一定的市场。

你知道如何延长不间断电源的供电时间吗?
UPS即不间断电源,是一种含有储能装置,以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时,UPS 将市电稳压后供应给负载使用,此时的UPS就是一台交流市电稳压器,同时它还向机内电池充电;当市电中断(事故停电)时,UPS 立即将机内电池的电能,通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电,使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。
不间断电源的种类如下:
1 、离线式不间断电源

离线式不间断电源,也称为后备式不间断电源。平常市电通过旁路直接向负载供电,机内的逆变器处于停止工作状态,这时的UPS电源实质上相当于一台性能较差的市电稳压器,它除了对市电电压的幅度波动有所改善外,对电压的频率不稳、波形畸变以及从电网侵入的干扰等不良影响基本上没有任何改善。只有在停电时,才通过逆变器将电池能量转换为交流向负载提供电力。离线式不间断电源的特点:
(1)当市电正常时,离线式UPS对市电没有任何处理而直接输出至负载,因此对市电噪音以及浪涌的抑制能力较差;
(2)存在转换时间;
(3)保护性能最差;
(4)结构简单、体积小、重量轻、控制容易、成本低。
2、在线式不间断电源
在市电正常供电时,它首先将市电交流电源经整流变成直流电源,然后进行脉宽调制、滤波,再将直流电经逆变器重新转换成正弦波交流电源向负载供电。一旦市电中断,立即改由蓄电池提供的直流电经逆变器向负载提供正弦波交流电源。因此,对在线式UPS 电源而言,在正常情况下,无论有无市电,它都是由UPS电源的逆变器对负载供电,这样就避免了所有由市电电网电压波动及干扰而带来的影响。显而易见,在线式UPS电源的供电质量明显优于后备式UPS电源。因为它可以实现对负载的稳频、稳压供电,而且在由市电供电转换到蓄电池供电时,其转换时间为零。真正给用户提供优质的稳压、稳频的纯净正弦波电源,从而提供符合网络系统需要的电源保护。在线式UPS的特点:
(1)输出的电力经过UPS的处理,输出电源品质最高;
(2)无转换时间;
(3)结构复杂,成本较高;
(4)保护性能最好,对市电噪音以及浪涌的抑制能力最强。
3、在线互动式不间断电源
在线互动式UPS电源也被称为3端口式UPS电源,使用的是工频变压器。从能量传递的角度来考虑,其变压器存在3个能量流动的端口:端口1连接市电输入;端口2通过双向变换器与蓄电池相连;端口3输出。市电供电时,交流电经端口1流入变压器,在稳压电路的控制下选择合适的变压器抽头接入,同时在端口2 的双向变换器的作用下借助蓄电池的能量转换共同调节端口3上的输出电压,以此来达到比较好的稳压效果;市电掉电时,蓄电池通过双向变换器经端口2给变压器供电,维持端口3上的交流输出。
在线互动式UPS电源在变压器抽头切换的过程中,双向变换器作为逆变器方式工作。蓄电池供电,因此能实现输出电压的不间断,同样在由市电供电到电池供电的切换过程中也能做到没有转换时间。在线互动式UPS电源的电路实现简单,没有单独的充电器,带来的是生产成本的降低和可靠性的提高。这类产品在市电供电工作时也不存在AC/DC、DC/AC的转换,使整机效率有所提高。在线互动式UPS很好地结合了后备式UPS和在线式 UPS的许多优点,是一种很不错的变换形式。但是由于它使用的是工频变压器,同样有笨重、体积大的问题。在线交互式UPS的特点:
(1)具双向性转换器设计,UPS电池回充时间较短;
(2)存在转换时间;
(3)控制结构复杂,成本较高;
(4)保护性能介于在线式与离线式UPS之间,对市电噪音和浪涌的抑制能力较差。
UPS能在电力异常时有足够的时间实施应急措施。一般而言5-10分钟的后备时间就足够了。如果需要较长的后备时间,可以购买具有长延时功能的UPS。
目前市场上销售的不间断电源多以VA作为容量单位。V是电压,A是电流,VA就等于功率,即不间断电源的容量。例如,一台425VA的不间断电源,如果其输出电压为110V,则该UPS能够提供的最大电流为3.86A,超过此电流值就是超载。另一种表示功率的方法是W,W表示实功,VA表示虚功。两者之间的差别在于功率因数。功率因数一般在为0.6到0.8之间,若低于0.5则UPS设计不佳,在选购UPS时,应考虑功率因数问题。
延长不间断电源的供电时间有两种方法:
1、增加电池容量
可以根据所需供电的时间长短增加电池的数量,但是采用这种方法会造成电池充电时间的相对增加,同时也会增加相应的维护设备的数量、增大产品体积,造成UPS整体成本提高。
2、选购容量较大的UPS
采用这种方法不仅可以降低维修成本,如果需要扩充负载设备,较大容量的不间断电源仍可正常工作。
在国内很多的工业,科研,环保等有需求工业电源的领域,几乎所有的工业电源产品都是来自国外。国外产品不但价格高昂,而且当遇到各种问题的时候,售后以及沟通很不顺畅。当时国内的工业电源品牌屈指可数,品种单一,产品功能少,控制不灵活,不能够满足国内市场的多领域需要。由此“跃迁”牌电源应运而生了。
“跃迁”的物理含义是物质从高能级向低能级转变时,释放出光子的物理过程。在这里我们寓意着“跃迁”人通过不断的积累最终达到突破与重生,同时也寓意着“跃迁”人只要不断的努力,奋发向上,不断的积累,一定能够在电源发展道路上能够有新的突破。
“跃迁”,经过近20年的发展和探索,现在拥有激光电源,高压电源,脉冲电源,真空镀膜电源、射频电源,特种电源等各种工业电源产品,且大部分产品都可定制。产品广泛应用于工业,医疗,军事,科研,通讯,环保节能等多个领域。目前已有数万套电源系统在市场运行。
跃迁坚持以“科技打造精品,诚信铸就未来”的经营原则为电源行业的发展和应用而不懈努力。

你了解用于汽车电子的模块电源吗?
模块电源广泛用于交换设备、接入设备、移动通讯、微波通讯以及光传输、路由器等通信领域和汽车电子、航空航天等。由于采用模块组建电源系统具有设计周期短、可靠性高、系统升级容易等特点,模块电源的应用越来越广泛。尤其近几年由于数据业务的飞速发展和分布式供电系统的不断推广,模块电源的增幅已经超出了一次电源。随着半导体工艺、封装技术和高频软开关的大量使用,模块电源功率密度越来越大,转换效率越来越高,应用也越来越简单。
为实现高功率密度,在电路上,早期采用准谐振和多谐振技术,但这一技术器件应力高,且为调频控制,不利于磁性器件的优化。后来这一技术发展为高频软开关和同步整流。由于采用零电压和零电流开关,大大降低了器件的开关损耗,同时由于器件的发展,使模块的开关频率大为提高,一般PWM可达500kHz以上。大大降低了磁性器件的体积,提高了功率密度。

DC-DC变换器电路拓扑的主要发展趋势如下:
高频化:为缩小开关变换器的体积,提高其功率密度,并改善动态响应,小功率DC-DC变换器开关频率将由现在的200-500kHz提高到1MHz以上,但高频化又会产生新的问题,如:开关损耗以及无源元件的损耗增大,高频寄生参数以及高频EMI的问题等。
软开关:为提高效率采用各种软开关技术,包括无源无损软开关技术,有源软开关技术,如:ZVS/ZCS谐振、准谐振、恒频零开关技术等,减小开关损耗以及开关应力,以实现高效率的高频化。
低压输出:例如现代微处理器的VRM电压将为1.1-1.8V,便携式电子设备的DC-DC变换器输出电压为1.2V,特点是负载变化大,多数情况下工作低于备用模式,长期轻载运行。要求DC-DC变换器具有如下特征:a)负载变化的整个范围内效率高。b)输出电压低(CMOS电路的损耗与电压的平方成正比,供电电压低,则电路损耗小)。c)功率密度高。这种模块采用集成芯片的封装形式。
模块电源的工艺有如下方面的发展:
(一)降低热阻,改善散热。为改善散热和提高功率密度,中大功率模块电源大都采用多块印制板叠合封装技术,控制电路采用普通印制板置于顶层,而功率电路采用导热性能优良的板材置于底层。早期的中大功率模块电源采用陶瓷基板改善散热,这种技术为适应大功率的需要,发展成为直接键合铜技术,但因为陶瓷基板易碎,在基板上安装散热器困难,功率等级不能做得很大。后来这一技术发展为用绝缘金属基板直接蚀刻线路。最为常见的基板为铝基板,它在铝散热板上直接敷绝缘聚合物,再在聚合物上敷铜,经蚀刻后,功率器件直接焊接在铜上。为了避免直接在IMS上贴片造成热失配,还可以直接采用铝板作为衬底,控制电路和功率器件分别焊于多层(大于四层,做变压器绕阻)FR-4印制板上,然后把焊有功率器件的一面通过导热胶粘接在已成型的铝板上固定封装。
不少模块电源为了更利于导热、防潮、抗震,进行了压缩密封。最常用的密封材料是硅树脂,但也有采用聚氨酯橡胶或环氧树脂材料。后两种方式绝缘性能好,机械强度高,导热性能好,成为近年来模块电源的发展趋势之一,是提高模块功率密度的关键技术。
(二)二次集成和封装技术。为提高功率密度,近年开发的模块电源无一例外采用表面贴装技术。由于模块电源的发热量严重,采用表面贴装技术一定要注意贴片器件和基板之间的热匹配,为了简化这些问题,出现了MLP片状电容,它的温度膨胀系数和铜、环氧树脂填充剂以及FR4 PCB板都很接近,不易出现象钽电容和磁片电容那样因温度变化过快而引起电容失效的问题。
另外为进一步减小体积,二次集成技术发展也很快,它是直接购置裸芯片,经组装成功能模块后封装,焊接于印制板上,然后键合。这一方式功率密度更高,寄生参数更小,因为采用相同材料的基片,不同器件的热匹配更好,提高了模块电源的抗冷热冲击能力。
(三)扁平变压器和磁集成技术。磁性元件往往是电源中体积最大、最高的器件,减小磁性元件的体积就提高了功率密度。在中大功率模块电源中,为满足标准高度的要求,大部分的专业生产厂家自己定做磁芯。采用这种磁芯可以进一步减小体积,缩短引线长度,减小寄生参数。
在国内很多的工业,科研,环保等有需求工业电源的领域,几乎所有的工业电源产品都是来自国外。国外产品不但价格高昂,而且当遇到各种问题的时候,售后以及沟通很不顺畅。当时国内的工业电源品牌屈指可数,品种单一,产品功能少,控制不灵活,不能够满足国内市场的多领域需要。由此“跃迁”牌电源应运而生了。
“跃迁”的物理含义是物质从高能级向低能级转变时,释放出光子的物理过程。在这里我们寓意着“跃迁”人通过不断的积累最终达到突破与重生,同时也寓意着“跃迁”人只要不断的努力,奋发向上,不断的积累,一定能够在电源发展道路上能够有新的突破。
“跃迁”,经过近20年的发展和探索,现在拥有激光电源,高压电源,脉冲电源,真空镀膜电源、射频电源,特种电源等各种工业电源产品,且大部分产品都可定制。产品广泛应用于工业,医疗,军事,科研,通讯,环保节能等多个领域。目前已有数万套电源系统在市场运行。
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