隨著我國航天事業(yè)的迅猛發(fā)展，航天器對(duì)能源的要求越來越高，能源問題成為航天器壽命短、可靠性低的主要制約因素之一，提高電源的供給能力、電源的壽命和可靠性是新一代大載荷衛(wèi)星亟待解決的核心問題。

　　目前航天器所應(yīng)用的化學(xué)電池具有使用壽命有限、儲(chǔ)能密度低、性能不穩(wěn)定以及電量不確定等缺點(diǎn)。儲(chǔ)能飛輪能量釋放技術(shù)儲(chǔ)能密度大、壽命長、工作性能穩(wěn)定、電量確定、能量轉(zhuǎn)換效率高，對(duì)于諸多航天器來說，在提高電源供給能力、延長壽命、提高可靠性等性能方面具有顯著意義。飛輪作為航天器姿態(tài)控制的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星的三軸姿態(tài)穩(wěn)定控制。磁懸浮飛輪無接觸、無摩擦，可以高速旋轉(zhuǎn)，在實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)控制的同時(shí)，還可以進(jìn)行儲(chǔ)能，從而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能功能。近年來，隨著磁軸承技術(shù)的發(fā)展，高速磁懸浮儲(chǔ)能飛輪（ac－esfw）已經(jīng)成為航天器技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新的方向。

　　使用飛輪作為儲(chǔ)能設(shè)各還有其他的一些優(yōu)點(diǎn)：首先，儲(chǔ)能飛輪作為儲(chǔ)能設(shè)各，集姿控系統(tǒng)的執(zhí)行部件（如反作用輪、動(dòng)量輪和控制力矩陀螺）和能源儲(chǔ)存部件于一體；也可用作衛(wèi)星姿態(tài)角速度的敏感裝置（如速率陀螺、速率積分陀螺），這樣就可部分替代航天器用于存儲(chǔ)能量的化學(xué)蓄電池，極大地減小航天器的體積和質(zhì)量；另外，飛輪的充、放電速度比蓄電池快，這樣能源的管理與分配系統(tǒng)也可以做得比較簡單，重量也會(huì)更輕，從而增加有效載荷。舉個(gè)例子來說，當(dāng)衛(wèi)星從陰影區(qū)中出來，太陽能電池板兩翼溫度比較低，此時(shí)的效率非常高。在使用蓄電池的系統(tǒng)中，會(huì)有一部分電能被浪費(fèi)掉，因?yàn)樾铍姵貙?duì)充電速率是很敏感的。而飛輪對(duì)充、放電速率并不敏感，因此至少說在某些情況下，這部分電能不會(huì)被飛輪浪費(fèi)掉。根據(jù)這一點(diǎn)，通過進(jìn)一步的研究，可以設(shè)計(jì)出新的儲(chǔ)能系統(tǒng)，能夠節(jié)省大量的能源，從而減小太陽翼的尺寸。

　　飛輪作為能源儲(chǔ)存設(shè)各，其循環(huán)壽命取決于電子線路和轉(zhuǎn)子材料的（期望）壽命，而且它的循環(huán)壽命最終肯定會(huì)超過化學(xué)電池的壽命（3～5年），而且化學(xué)電池效率低、質(zhì)量大、不環(huán)保。飛輪作為儲(chǔ)能裝置的儲(chǔ)能（充電）狀態(tài)更容易確定，只需通過測(cè)速計(jì)測(cè)出飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度即可；同時(shí)利用測(cè)速計(jì)處理使飛輪加、減速的控制力矩的模型十分簡單，并不會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜程度。飛輪儲(chǔ)能技術(shù)與其相比，以其無可比擬的高效率、長壽命、維持簡單、無污染、高效、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，日益受到人們的關(guān)注，成為國際能源界研究的熱點(diǎn)之一。

　　飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)這種獨(dú)特的兼具有儲(chǔ)能與姿態(tài)控制的雙重功能，對(duì)于提高宇宙飛船、空間站、人造衛(wèi)星等航天器的性能有著顯著的意義。美國早在⒛世紀(jì)80年代初就已經(jīng)對(duì)acesfw在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用進(jìn)行了可行性研究，并證明了飛輪不但可以通過產(chǎn)生的不平衡力矩對(duì)航天器進(jìn)行姿態(tài)控制，而且還可以存儲(chǔ)能量，取代蓄電池作為航天器的儲(chǔ)能裝置。

　　高速磁懸浮acesfw具有高功能密度的特點(diǎn)，因?yàn)樗粌H可以滿足航天器姿態(tài)控制的需求，還可以替代或部分替代星上蓄電池。在儲(chǔ)能方面與蓄電池相比，采用磁懸浮飛輪鏈行儲(chǔ)能，還具有儲(chǔ)能密度大、能量轉(zhuǎn)換效率高、儲(chǔ)能（充放電）狀態(tài)容易確定、工作性能穩(wěn)定可靠、瞬時(shí)峰值功率高、循環(huán)使用壽命長，不受充放電次數(shù)和深度影響等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于諸多航天器來說，在提高電源供給能力、延長壽命、提高可靠性等性能方面具有顯著意義。表中對(duì)ipacs和化學(xué)蓄電池在航天上的應(yīng)用進(jìn)行了對(duì)比，從中可以看出，儲(chǔ)能飛輪在各個(gè)方面性能都優(yōu)于化學(xué)電池。

　　表 ipacs和化學(xué)蓄電池的比較

　　航天應(yīng)用的儲(chǔ)能飛輪系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能量控制的基本原理是，當(dāng)衛(wèi)星在日照區(qū)時(shí)，太陽電池陣的能量使飛輪達(dá)到最高轉(zhuǎn)速，儲(chǔ)存一部分能量；而當(dāng)衛(wèi)星在陰影區(qū)時(shí)，太陽電池陣不能發(fā)電，這時(shí)飛輪速度降下來，將儲(chǔ)存在飛輪中的一部分動(dòng)能發(fā)電，轉(zhuǎn)換為電能供衛(wèi)星上負(fù)載使用。儲(chǔ)能飛輪能量儲(chǔ)存系統(tǒng)壽命長，儲(chǔ)能效率高（90％），有較高的工作溫度范圍和有效載荷能力，充放電程度檢測(cè)和控制相當(dāng)簡單，有內(nèi)在的高電壓、高脈沖電源能力，比nicd電池的比能高，比nih電池的體積密度比高。在能量變化的同時(shí)，儲(chǔ)能飛輪的轉(zhuǎn)速也發(fā)生變化，使得飛輪的動(dòng)量矩發(fā)生變化，因此可以利用飛輪的動(dòng)量矩對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行姿態(tài)控制，這樣就可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能功能，并可以減少系統(tǒng)的質(zhì)量，提高有效載荷。儲(chǔ)能飛輪應(yīng)用時(shí)都為雙飛輪系統(tǒng)，即兩個(gè)飛輪相對(duì)轉(zhuǎn)速相反，在這種情況下兩個(gè)飛輪同時(shí)升降速并加速度值相等時(shí)，系統(tǒng)整體的動(dòng)量守恒，所以飛行器姿態(tài)不改變；可以通過改變雙飛輪系統(tǒng)中的一個(gè)飛輪的轉(zhuǎn)速起到姿控的功能，這也避免了在地陰區(qū)時(shí)需升速進(jìn)行姿控與能量釋放的矛盾。利用飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)可以同時(shí)完成能量儲(chǔ)存和姿態(tài)控制兩方面的功能，這樣就可省去衛(wèi)星用于姿態(tài)控制的反作用輪或控制力矩陀螺，顯著提高了衛(wèi)星的性能。

　　本高速磁懸浮儲(chǔ)能兩用飛輪能量釋放控制系統(tǒng)，可用