JP2003134700A - Energy supply network using solar light pumped laser - Google Patents

Energy supply network using solar light pumped laser

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JP2003134700A
JP2003134700A JP2001330673A JP2001330673A JP2003134700A JP 2003134700 A JP2003134700 A JP 2003134700A JP 2001330673 A JP2001330673 A JP 2001330673A JP 2001330673 A JP2001330673 A JP 2001330673A JP 2003134700 A JP2003134700 A JP 2003134700A
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JP
Japan
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laser
energy
supply network
ground
energy supply
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Application number
JP2001330673A
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Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Shinno
正之 新野
Katsuhito Kizara
且人 木皿
Akio Moro
明夫 毛呂
Tetsuo Yanai
哲夫 谷内
Kazuhisa Fujita
藤田  和久
Kazuo Imazaki
一夫 今崎
Masakatsu Nakano
正勝 中野
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National Aerospace Laboratory of Japan
Japan Science and Technology Agency
Institute for Laser Technology
Original Assignee
National Aerospace Laboratory of Japan
Institute for Laser Technology
Japan Science and Technology Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve environmental problems caused by the conventional power generation method by use of natural solar energy, and to provide a system to supply solar energy from a remote place to a place of consumption efficiently. SOLUTION: In this energy supply network which uses solar light pumped laser, means of generating a solar light pumped laser which can absorb energy of a wide band spectrum and oscillate it as laser is installed at a location easy to secure space such as in outer space. The laser enables to transmit energy to a remote distance efficiently as highly directional laser by reflecting, controlling and transmitting to the destination at a facility outside the earth such as satellites stationed at places in the network. In the area where laser absorption loss is large due to the atmosphere, the laser is irradiated to an airship floating in the stratosphere, converted to microwave on the airship, and transmitted to the power network on the ground.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、自然エネルギー利
用技術に関するもので、自然エネルギーである太陽光か
ら直接レーザーを生成し、指向性のよいレーザーにより
目的地までエネルギーを供給するエネルギー供給ネット
ワークシステムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technology for utilizing natural energy, and relates to an energy supply network system for directly generating a laser from sunlight which is a natural energy and supplying the energy to a destination by the laser having a good directivity. .

【0002】[0002]

【従来の技術】エネルギーを大量に消費する社会にあっ
ては効率的にエネルギーを伝送するネットワークが必要
とされる。現在地上のエネルギー供給ネットワークの代
表例として電力送電網がある。この電力送電網は発電所
(火力、原子力、水力など)から送電線により張り巡らさ
れた送電網により広い領域に亘り電力を供給するが、送
電線による損失が大きいこと、ならびに設置箇所が地上
に限られるという問題がある。また、火力発電において
は化石燃料使用によるCO、NOx、SOx、の排出と
いった大気汚染の問題、原子力発電においては核廃棄物
の処理問題、水力発電においては森林や河川保護の観点
から問題視されている。いわゆる環境に優しい自然エネ
ルギーを用いた発電に注目が集まっているところであ
る。太陽光からエネルギーを取り出す太陽光発電は、自
然エネルギーを用いた発電方法の中でも有望な技術手段
と目されており、既に太陽電池は広く用いられている実
績がある。太陽光発電による電力供給を行う場合の課題
は、発電装置の設置場所と送電設備の確保にある。太陽
から送られる光のエネルギー密度は低いため、大量のエ
ネルギーを供給するには大きな受光面積が必要になる。
都会のような電力の大量消費地の近郊にそのスペースを
確保することは困難であり、それが確保できるのは、宇
宙空間、砂漠、海洋上などの電力消費地から離れた場所
とならざるを得ない。しかし、そのような遠隔地から電
力を輸送するためには送電網に頼ることになるが、その
送電網を介した電力供給は損失が大きく、非効率的であ
る上、設置のための費用メンテナンスのための費用が嵩
むことになる。
2. Description of the Related Art In a society that consumes a large amount of energy, a network that efficiently transmits energy is required. Currently, there is an electric power transmission grid as a typical example of an energy supply network on the ground. This power grid is a power plant
Electric power is supplied over a wide area from a power transmission network (thermal power, nuclear power, hydraulic power, etc.), but there is a problem that the loss due to the power transmission line is large and the installation location is limited to the ground. Also, in thermal power generation, there is a problem of air pollution such as CO 2 , NOx, SOx emission from the use of fossil fuels, in nuclear power generation, the treatment of nuclear waste, and in hydropower generation, it is regarded as a problem from the viewpoint of forest and river protection. ing. Attention is being focused on power generation using so-called environmentally friendly natural energy. Photovoltaic power generation, which extracts energy from sunlight, is regarded as a promising technological means among power generation methods using natural energy, and there is a track record of solar cells being widely used. When supplying power by solar power generation, the issue is to secure the installation location of power generators and power transmission equipment. Since the energy density of light sent from the sun is low, a large light receiving area is required to supply a large amount of energy.
It is difficult to secure the space in the suburbs of a large power consumption area such as the city, and it can be secured only in a place away from the power consumption areas such as outer space, the desert, and the ocean. I don't get it. However, in order to transport electric power from such remote areas, it is necessary to rely on a power grid, and the power supply through the grid is lossy, inefficient, and costly for installation. The cost for will be higher.

【0003】送電網に頼らない方法としては、図3のA
に示すような、得られた電力でマイクロ波を作りマイク
ロ波を用いてエネルギーを伝送する方法がある。この方
法は、太陽電池を用い太陽光から電力への変換と、電力
からマイクロ波への変換と二つのエネルギー変換処理を
行わせるものであるため、システムが大型化してしまう
とともにマイクロ波の指向性がよくないという問題があ
り、遠距離のエネルギー供給ネットワークを構築する際
には損失が多く伝送効率面で不利なシステムである。他
方で、エネルギー伝送に指向性のよいレーザーを用いる
手段があるが、既存の方式でレーザーを生成するには、
図3のBに示すように太陽光を太陽電池で電力に変換
し、その電力によりレーザーを発生させなければならな
い。この場合、太陽光から電気を生成し、該生成電力か
らレーザーを発振、発生させる二段階の変換処理を必要
とするためシステムが複雑大型化し、施設を宇宙を含め
た遠隔地を考えると重量が大きくなってしまうという問
題を伴う。また、太陽光を電力を経ずに直接レーザーに
変換することの可能な技術手段として太陽光を半導体に
照射し光励起させる半導体レーザーがあるが、この方式
(図3のC)のものはレーザー単体での地上試験にとど
まっており、これを宇宙空間で適用したり、レーザーエ
ネルギー供給ネットワークに組み込もうという発想はい
まだなされていない。
As a method that does not rely on the power grid, a method shown in FIG.
There is a method of generating a microwave with the obtained electric power and transmitting energy using the microwave as shown in FIG. This method uses a solar cell to convert sunlight to electric power and electric power to microwave, and two energy conversion processes, so the system becomes large and the directivity of the microwave is increased. However, this is a system with a lot of loss when constructing a long-distance energy supply network, which is disadvantageous in terms of transmission efficiency. On the other hand, there is a method of using a laser with good directivity for energy transmission, but in order to generate a laser by the existing method,
As shown in FIG. 3B, sunlight must be converted into electric power by a solar cell, and the electric power must generate a laser. In this case, the system becomes complicated and large because electricity is generated from sunlight and a laser is oscillated and generated from the generated electric power, which makes the system complicated and large. There is a problem that it becomes large. Further, there is a semiconductor laser that irradiates a semiconductor with light and optically excites it as a technical means capable of directly converting the sunlight into a laser without using electric power, but this method (C in FIG. 3) is a laser unit. It has only been ground-tested at, and the idea of applying it in space or incorporating it into a laser energy supply network has not yet been made.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、従来
発電方式による環境問題を、太陽光を用いた自然エネル
ギーの使用で解決すると共に、太陽光から生成したエネ
ルギーを遠隔の場所から効率よく消費地に供給するシス
テムを構築し提供することにある。
The object of the present invention is to solve the environmental problems of the conventional power generation system by using natural energy using sunlight, and to efficiently generate the energy generated from sunlight from a remote location. The purpose is to build and provide a system for supplying to the consumption area.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の太陽光励起レー
ザーを用いたエネルギー供給ネットワークは、広いバン
ドスペクトルのエネルギーを吸収してレーザーとして発
振することが出来る太陽光励起レーザー発生手段を宇宙
空間等のスペースの確保し易い場所に設置すると共に、
該レーザーはネットワークの各所に配置した衛星等地上
外施設で反射、制御し、目的地へ伝送することで指向性
の高いレーザーにより高効率のエネルギー遠距離伝送を
可能にする。また、大気によるレーザー吸収の損失が大
きい領域については、成層圏に浮かぶ飛行船にレーザー
を照射し、該飛行船上でマイクロ波に変換して地上の電
力網に送る方式を採用する。
The energy supply network using the solar light pumped laser according to the present invention is a solar light pumped laser generating means capable of absorbing energy of a wide band spectrum and oscillating as a laser in space such as outer space. Installed in a place where it is easy to secure
The laser is reflected and controlled by an extraterrestrial facility such as a satellite arranged in various places of the network and transmitted to a destination, thereby enabling highly efficient long-distance energy transmission by the laser having high directivity. Further, in the region where the loss of laser absorption due to the atmosphere is large, a method is adopted in which an airship floating in the stratosphere is irradiated with a laser, converted into microwaves on the airship, and then sent to a power grid on the ground.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】本発明では大量の太陽光エネルギ
ーを取得するために広面積の太陽光受光面を必要とする
ため、その施設には広大なスペースを要することにな
る。都会等大量エネルギー消費地近郊はもとより耕作地
など人の居住する陸地での施設建設地確保が困難である
ことに鑑み、砂漠地帯や海上と共に有力な建設場所とし
て宇宙空間が考えられている。まず、太陽光エネルギー
取得ステーションを宇宙空間に設置した本発明システム
の全体構成を図1を参照しつつ説明する。図中1で示す
ものが宇宙空間で平面的に広げられ広面積の太陽光受光
面をもつ太陽光エネルギー取得ステーションであり、2
がレーザー中継ステーション、3が飛行船、4が人工衛
星、5が航空機、6が宇宙プラットホーム、7が月面基
地、8がロケット等宇宙航行船、9が廃物化した人工衛
星等の人工物体であるデブリ、10が月周回衛星、11が火
星有人ミッションをそれぞれ示している。エネルギーの
取得は太陽光エネルギー取得ステーション1で行われ
が、そのシステムは一般に太陽エネルギー取得方式とし
て採用されている太陽電池を用いて電力に変換する方式
ではなく、太陽光から直接レーザーを発光させる方式で
ある。レーザーとはレーザー材料に外部からエネルギー
を加え、該物質の電子を一旦励起状態にしてそれが元の
軌道状態に戻る際に光エネルギーとして一つのスペクト
ル線に集中して放出され、その光を共振器構造により発
振させて取出したコリーレントな強い光である。外部か
らのエネルギー付与には、光照射及び電流注入の2種類
が一般的であり、本発明で採用した太陽光励起レーザー
は前者の光照射方式で、太陽光の照射によりレーザー材
料にエネルギーを注入し、共振器構造を持たせて発振さ
せるものである。例えばヤグ結晶にネオジウムをドープ
したNd :YAG結晶を用いた市販のYAGレーザー
は、通常のランプや半導体レーザーの光をNd :YAG
結晶に当て、共振器構造を持たせることにより1.06μm
の光を発振・出力している。この結晶に太陽光を当て、
共振器構造を持たせれば、同様に1.06μmの光を発振で
きることは実証されている。レーザーの効率、即ち外部
から注入したエネルギーに対するレーザー出カエネルギ
ーの比を高くするには、レーザー材料のエネルギー吸収
率とレーザー発振スペクトルヘのエネルギー集中度がい
ずれも高いことが望まれる。太陽光励起レーザーは、太
陽光のスペクトルに合わせた多色吸収を可能とする多重
構造、並びに吸収エネルギーをレーザー発振領域に集中
させる構造を持たせることで、高効率レーザーを構成す
ることができる。太陽光エネルギー取得ステーション1
でレーザーという光の形態に変換されたエネルギーは、
レーザー中継ステーション2に送られ多様なエネルギー
供給に利用される。なお、この太陽光エネルギー取得ス
テーション1は1つとは限らず多数のステーション1か
らこのレーザー中継ステーション2にレーザーが集めら
れることになる。遠方へのエネルギー伝送がレーザー光
の送受信という形態で行われるところに本発明の大きな
技術的意義がある。まず、ケーブルのような媒介設備を
要すること無く空間中を直接遠隔位置に伝送出来るとい
う利点を有している。その点ではマイクロ波のような電
磁波も同様といえるが、電磁波の場合指向性の問題があ
りどうしてもロス分が多く伝送効率が低くなるが、レー
ザーの場合指向性が高く光束を集束した形で遠方に伝送
できるため伝送効率を非常に高くできるのである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, a large area solar light receiving surface is required to acquire a large amount of solar energy, so that the facility requires a vast space. Considering that it is difficult to secure a facility construction site not only in a large energy consumption area such as an urban area but also in a land area where people live, such as cultivated land, space space is considered as a powerful construction site along with the desert area and the sea. First, the overall configuration of the system of the present invention in which a solar energy acquisition station is installed in outer space will be described with reference to FIG. In the figure, 1 is a solar energy acquisition station that has a wide-area solar light receiving surface that is spread out in space.
Is a laser relay station, 3 is an airship, 4 is an artificial satellite, 5 is an aircraft, 6 is a space platform, 7 is a lunar base, 8 is a spacecraft such as a rocket, and 9 is an artificial object such as a waste satellite. Debris, 10 shows lunar orbiting satellites, and 11 shows manned missions to Mars. Energy is acquired at the solar energy acquisition station 1, but the system is not a method of converting power into electricity using a solar cell that is generally adopted as a solar energy acquisition method, but a method of directly emitting laser light from sunlight. Is. A laser is an energy source that applies energy to the laser material from the outside, and once the electrons of the substance are excited and returned to their original orbital state, they are emitted as light energy concentrated in one spectral line, causing the light to resonate. It is a strong collierent light oscillated by the vessel structure. Two types of light irradiation and current injection are generally used to apply energy from the outside. The solar light pumped laser used in the present invention is the former light irradiation method, in which energy is injected into the laser material by irradiation of sunlight. , A resonator structure is provided to oscillate. For example, a commercially available YAG laser using a Nd: YAG crystal in which a neodymium is doped in a yag crystal is used as a light from a normal lamp or a semiconductor laser.
1.06 μm by hitting a crystal and giving it a resonator structure
Is oscillating and outputting the light. Shine sunlight on this crystal,
It has been proved that 1.06 μm light can be similarly oscillated by providing a resonator structure. In order to increase the efficiency of the laser, that is, the ratio of the laser output energy to the energy injected from the outside, it is desired that the energy absorption rate of the laser material and the energy concentration in the laser oscillation spectrum are both high. The solar light pumped laser can be a highly efficient laser by having a multiple structure capable of polychromatic absorption matching the spectrum of sunlight and a structure for concentrating absorbed energy in the laser oscillation region. Solar energy acquisition station 1
The energy converted by the laser into the form of light is
It is sent to the laser relay station 2 and used for various energy supplies. It should be noted that this solar energy acquisition station 1 is not limited to one, and lasers are collected from many stations 1 to this laser relay station 2. The great technical significance of the present invention is that energy transmission to a distant place is performed in the form of transmission and reception of laser light. First, it has the advantage that it can be transmitted directly to a remote location in space without the need for mediation equipment such as cables. In that respect, it can be said that electromagnetic waves such as microwaves are similar, but in the case of electromagnetic waves, there is a problem of directivity, and there are inevitably large losses, resulting in low transmission efficiency. Therefore, the transmission efficiency can be made very high.

【0007】このレーザーをエネルギー源とする利用形
態であるが、1つはレーザー中継ステーション2からレ
ーザーのまま地上エネルギー基地上空の宇宙船3に中継
し、該地上基地で電力に変換して地上の電力ケーブルを
介して電力供給する形態が実現できる。宇宙の太陽光励
起レーザーから送られてきたレーザーは地上基地の太陽
電池を用いて電力へと変換される。通常太陽電池は広い
太陽光のスペクトルを吸収するように作られているが、
本発明では太陽光励起レーザーの波長を選択的に吸収す
る構造の太陽電池を用いることで高エネルギー変換効率
を達成する。また、レーザーを一旦飛行船で受けてマイ
クロ波へと変換しマイクロ波エネルギーを直流電力に変
換する地上のレクテナに向けて伝送する方式も併用す
る。これは大気中のレーザー光の散乱、雨天時の伝送効
率低下の対策である。レーザー伝送の弱点は光の伝播障
害であるが、地上の場合、気象条件によってこの障害を
生じることがあるため、伝送効率の高い方を選択するこ
とが出来るようにするものである。地上のレクテナで受
けたマイクロ波は電力へと変換され商用電力網へと接続
される。上記の伝播障害の対策としてマイクロ波で送電
する方法以外に、飛行船で受けたレーザーを光ファイバ
ーを経由して地上へ送り太陽電池を用いて電力に変え、
地上電カ網へ接続する方法も採用出来る。この方法はフ
ァイバーケーブルの設置維持管理という問題を伴うこと
になるが、ロスが少なく伝送効率がすこぶる高い。
This laser is used as an energy source. One is a laser relay station 2 relaying the laser as it is to a spacecraft 3 above the terrestrial energy base, and converting it into electric power at the terrestrial base to convert it to terrestrial power. A form in which power is supplied through a power cable can be realized. Lasers sent from solar-excited lasers in space are converted to electric power using solar cells on the ground. Solar cells are usually made to absorb a wide spectrum of sunlight,
In the present invention, high energy conversion efficiency is achieved by using a solar cell having a structure that selectively absorbs the wavelength of the sunlight-excited laser. In addition, a method is also used in which a laser is once received by an airship, converted into microwaves, and transmitted to a rectenna on the ground that converts microwave energy into DC power. This is a measure against scattering of laser light in the atmosphere and reduction of transmission efficiency in rainy weather. The weak point of laser transmission is a light transmission obstacle, but on the ground, this obstacle may occur depending on weather conditions, so that it is possible to select the one with higher transmission efficiency. The microwave received by the rectenna on the ground is converted into electric power and connected to the commercial power grid. In addition to the method of transmitting power by microwave as a countermeasure against the above propagation obstacles, the laser received by the airship is sent to the ground via the optical fiber and converted into electric power using the solar cell,
A method of connecting to the terrestrial power network can also be adopted. This method involves the problem of installation and maintenance of the fiber cable, but the loss is small and the transmission efficiency is extremely high.

【0008】本発明が提示するレーザーをエネルギー源
として伝送・利用する形態は、地上利用の他衛星4や宇
宙プラットホーム5あるいは飛行機6等、地上を離れて
航行中の機体へのエネルギー補給という形態もある。こ
れらはレーザー中継ステーション2から衛星4や宇宙プ
ラットホーム5あるいは飛行機6等地上を離れて航行中
の機体へレーザー形態でエネルギーを伝送し、これら航
行中の機体で太陽電池でレーザーを電力に変換して使用
するものである。これも高エネルギー変換効率を達成す
るため受光したレーザーの波長を選択的に吸収する構造
の太陽電池を用いる。衛星間で太陽光線に照射されてい
る衛星から地球の陰となっている衛星に対してマイクロ
波の形態でエネルギーを伝送し、融通することは既に提
案されている(特開2000-278888号公報参照)が、本発
明では指向性のよいレーザーを用いて伝送する方式であ
るため、伝送効率の点で遥かに優れている。また、将来
設置されるであろう月面基地7や月周回衛星に対するレ
ーザー中継ステーション2からのエネルギー伝送も本発
明のレーザー照射と受光方式によって実現できる。更に
はこの月面基地7は火星等他の惑星ヘの有人ミッション
11に対してエネルギーを補給するためのレーザー中継基
地としての機能を果たすことができる。
The form of transmitting and utilizing the laser as an energy source presented by the present invention is also a form of supplying energy to other aircraft 4 such as satellites 4 or space platforms 5 or airplanes 6 that are used on the ground and are flying away from the ground. is there. These transmit energy in the form of laser from the laser relay station 2 to the aircraft that is navigating off the ground such as the satellite 4, the space platform 5 or the airplane 6 and converting the laser into electric power by the solar cells in these navigating aircraft. Is what you use. This also uses a solar cell having a structure that selectively absorbs the wavelength of the received laser in order to achieve high energy conversion efficiency. It has already been proposed to transfer energy in the form of microwaves from a satellite that is irradiated with sunlight between satellites to a satellite that is in the shadow of the earth so that the energy can be exchanged (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-278888). However, since the present invention is a method of transmission using a laser having good directivity, it is far superior in terms of transmission efficiency. Energy transmission from the laser relay station 2 to the lunar base 7 and lunar orbiting satellites that will be installed in the future can also be realized by the laser irradiation and light receiving system of the present invention. Furthermore, this lunar base 7 is a manned mission to other planets such as Mars.
It can serve as a laser relay station for supplying energy to 11.

【0009】本発明が提示するレーザーをエネルギー源
として伝送・利用する形態の変形としては、上記したも
ののように最終的に電力等の従来型のエネルギーに変換
して利用するだけでなく、レーザーのままで宇宙空間に
存在する物体例えばロケット等の宇宙航行機体(OT
V)8やデブリ9に推進力を付与させるという利用形態
が実現可能である。デブリとは有用な役目を果たさなく
なった人工衛星などの人工の飛行物体をさし、自立的に
移動することは出来ない。デブリはいわば宇宙に漂うゴ
ミのようなもので他の宇宙航行体に対しては衝突される
かもしれない迷惑な存在となっている。デブリに対する
本発明の利用法は、エネルギー供給ネットワーク中例え
ばレーザー中継ステーション2のレーザー発振装置から
レーザーをこのデブリ9に向けて発射する。すると、デ
ブリ表面は加熱され表面物質がプラズマガス化される。
このようにして発生させたプラズマによる反作用でデブ
リの軌道を変更させ、他の衛星運行に支障のない場所へ
移動させるとか、大気圏に突入させデブリを消滅させ
る。本発明のエネルギー供給ネットワークは広く地球全
体をカバーするので、様々な軌道を飛行するデブリの除
去に利用できる。
As a modification of the mode in which the laser presented by the present invention is transmitted and used as an energy source, not only is it finally converted into conventional energy such as electric power and used as described above, but also the laser Objects existing in outer space, for example, spacecraft such as rockets (OT)
V) It is possible to realize a usage mode in which the propulsive force is applied to the debris 9 and the debris 9. Debris refers to artificial flying objects such as artificial satellites that are no longer useful and cannot move autonomously. Debris is, so to speak, like dust in the space, and is an annoying entity that may be collided with other spacecraft. The use of the invention for debris is to launch a laser towards this debris 9 in the energy supply network, for example from a laser oscillator of the laser relay station 2. Then, the surface of the debris is heated and the surface substance is converted into plasma gas.
By the reaction of the plasma generated in this way, the debris orbit is changed and moved to a place where it does not interfere with the operation of other satellites, or it enters the atmosphere and disappears. Since the energy supply network of the present invention has a wide global coverage, it can be used to remove debris flying in various orbits.

【0010】ロケット等の宇宙航行機体(OTV)8に
対してもエネルギー供給ネットワーク中例えばレーザー
中継ステーション2のレーザー発振装置からレーザーを
発射し、推進エネルギーの供給を行うことができる。O
TV8に対してレーザービームを照射し、推進剤を加
熱、プラズマ化させて推進力を得る。この技術について
は本出願人らが先に特開2001-132542号 で提示してい
る。従来の化学ロケットでは燃料のエネルギーのみに推
進エネルギーを依存しているのに対して、レーザーを用
いた本方式では宇宙機に対してエネルギーをふんだんに
供給することが可能である。推進剤には所謂燃料を用い
る必要は無く、機体内に存在し扱いも簡単な水などをそ
れに用いることができる。推進剤収納部にレーザーを照
射してプラズマが発生される機構とその発生したプラズ
マを機体外に噴射するノズルを備えた噴射エンジンを作
動させる。発生プラズマの反作用で推進力を得る原理は
先のデブリ9の場合と同じである。OTV8へのレーザ
ー照射に際しレーザー装置の数と位置が問題とされる
が、エネルギー供給ネットワーク中に位置する数々のレ
ーザー発振装置を用いることで数と位置の問題はクリア
される。
Propulsion energy can also be supplied to the space navigation vehicle (OTV) 8 such as a rocket by emitting a laser from the laser oscillator of the laser relay station 2 in the energy supply network. O
The TV 8 is irradiated with a laser beam to heat the propellant and turn it into plasma to obtain propulsion. The applicant has previously proposed this technique in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-132542. In the conventional chemical rocket, which depends only on the energy of the fuel for propulsion energy, this method using a laser can supply abundant energy to the spacecraft. It is not necessary to use so-called fuel as the propellant, and water or the like that exists in the body and is easy to handle can be used for it. A propellant container is irradiated with a laser to generate plasma, and an injection engine equipped with a nozzle for ejecting the generated plasma to the outside of the machine is operated. The principle of obtaining the propulsive force by the reaction of the generated plasma is the same as that of the debris 9 described above. When irradiating the OTV 8 with a laser, the number and the position of the laser devices are considered to be problems, but the problem of the number and the position is cleared by using a number of laser oscillation devices located in the energy supply network.

【0011】[0011]

【実施例】太陽光エネルギー取得ステーションで行われ
る太陽光をレーザー光に変換して取り出すメカニズムの
具体例を説明する。図2に示したものはレーザーユニッ
トでこのユニットが多数配設され太陽光エネルギー取得
ステーションを構成することになる。このレーザーユニ
ット20は太陽光を受光する広面積の受光部21と、該太陽
光を集光する集光部22と、該集光位置に光増幅媒質23を
配置してレーザーを励起すると共にこの励起されたレー
ザーを共振させて強める共振部24と、その共振部24にお
けるレーザーの一部を取り出して外部に送出するトラン
スミッター部25と、共振器における発熱を押さえるため
のフィン構造を持ったラジエーター部26とからなってい
る。このようなレーザーユニット20を多数、パネル状の
受光部が太陽光を最も効率的に受光できるようマトリッ
クス状などに適宜配列させて設置する。各ユニットはそ
れぞれにレーザー光を発生させ、それぞれのユニットか
ら取出されたレーザーは集光され、太陽光エネルギー取
得ステーション1からレーザー中継ステーション2に送
られる。
[Examples] A specific example of a mechanism of converting sunlight into a laser beam and extracting the laser beam, which is performed in a solar energy acquisition station, will be described. The one shown in FIG. 2 is a laser unit, and a large number of these units are arranged to constitute a solar energy acquisition station. The laser unit 20 has a wide area light receiving section 21 for receiving sunlight, a condenser section 22 for condensing the sunlight, and an optical amplification medium 23 at the condensing position to excite the laser and A resonance part 24 for resonating and strengthening the excited laser, a transmitter part 25 for taking out a part of the laser in the resonance part 24 and sending it to the outside, and a radiator part having a fin structure for suppressing heat generation in the resonator. It consists of 26. A large number of such laser units 20 are arranged and arranged in a matrix form or the like so that the panel-shaped light receiving unit can receive the sunlight most efficiently. Each unit generates laser light, and the laser extracted from each unit is condensed and sent from the solar energy acquisition station 1 to the laser relay station 2.

【0012】[0012]

【発明の効果】本発明は基本的に太陽光エナルギーをエ
ネルギー源に利用するものであるから、化石燃料の使用
すなわちCO排出などを抑制し、環境問題の解決に貢
献するとともに、無尽蔵の太陽エネルギーを取り出すこ
とで、深刻化するエネルギー問題を解決する。本発明の
エネルギー供給ネットワークは、太陽光の励起を受けて
直接レーザーを生成し放出する手段と、該放出されたレ
ーザー光を中継する手段と、該中継されたレーザー光を
エネルギー源として受光する手段とからなるものである
から、従来の一旦電力に変換してから更に伝送波に変換
することなく、直接伝送用レーザーに変換するものであ
るため、太陽エネルギー取得システムをコンパクトに形
成することができ、宇宙空間や砂漠地帯或いは海上とい
った遠隔領域への資材移送・建設が容易となる。また、
エネルギーの伝送形態がレーザーの放射と受光であるた
めケーブル等の媒体を必要としない空間伝播が可能であ
り、同様の効果を持つマイクロ波伝送と較べてもレーザ
ーの指向性が優れていることにより伝播効率のよいエネ
ルギー供給が実現できる。必要とすべき場所に指向性よ
くエネルギーを伝送することで、エネルギー供給の一大
変革をもたらすことができる。
Since the present invention basically uses solar energy as an energy source, it suppresses the use of fossil fuels, that is, CO 2 emissions, contributes to the solution of environmental problems, and is an inexhaustible sun. By extracting energy, we solve energy problems that are becoming more serious. The energy supply network of the present invention includes means for directly generating and emitting a laser upon receiving excitation of sunlight, means for relaying the emitted laser light, and means for receiving the relayed laser light as an energy source. Therefore, the solar energy acquisition system can be made compact because it is directly converted into a laser for transmission without being converted into electric power and then converted into a transmission wave as in the conventional method. , Materials can be easily transferred and constructed in remote areas such as outer space, desert areas or the sea. Also,
Since the energy transmission form is laser radiation and light reception, spatial propagation that does not require a medium such as a cable is possible, and laser directivity is superior to microwave transmission, which has the same effect. Energy supply with good propagation efficiency can be realized. By directionally transmitting energy to where it is needed, it can revolutionize energy supply.

【0013】本発明の太陽光励起レーザーによるエネル
ギー供給ネットワークは、太陽光の励起を受けて直接レ
ーザーを生成し放出する手段を宇宙空間に設置し、放出
されたレーザー光を中継する手段には人工衛星、宇宙ス
テーション、航空機、飛行船といった地上外施設が用い
られる宇宙規模のネットワークであるから、一部が地球
の陰になって太陽光の当たらないときでも複数の施設が
補完し合うことにより常時エネルギー供給を実現するこ
とができる。そして、太陽光を大気のない宇宙空間で受
光するため、大気中では遮蔽されてしまう領域の波長光
成分も有効にレーザー励起に利用することができる。ま
た、本発明の太陽光励起レーザーによるエネルギー供給
ネットワークは、太陽光から変換されたレーザーエネル
ギーを宇宙船、飛行船、航空機、船舶、車両など、地上
外中継施設を介して受光して電気量に変換する手段と該
電気量を電力網に送る手段とを地上基地に備えるように
したので、宇宙空間で生成したレーザーエナルギーを地
上の電力として利用することが可能である。また、レー
ザーは波長が一定の光であるからレーザーを電力に変換
する太陽電池の特性を該レーザー波長に整合するものと
することで、高効率の電力変換が実現できる。地上外中
継施設上にレーザーをマイクロ波に変換する手段と、該
マイクロ波を受波して電気量に変換する手段と該電気量
を電力網に送る手段を地上の基地に備えた本発明のエネ
ルギー供給ネットワークは、大気状態によりレーザーの
空間伝送損失が大きいときは、より効率のよい伝送方式
に切替て対応することができるものである。
In the energy supply network by the solar light pumped laser of the present invention, means for directly generating and emitting a laser upon receiving the excitation of sunlight is installed in outer space, and a means for relaying the emitted laser light is an artificial satellite. Since this is a space-scale network that uses off-ground facilities such as space stations, aircraft, and airships, multiple facilities complement each other to provide constant energy even when part of the facility is behind the earth and is not exposed to sunlight. Can be realized. Since the sunlight is received in outer space without atmosphere, the wavelength light component in a region that is shielded in the atmosphere can be effectively utilized for laser excitation. Further, the energy supply network by the solar light pumped laser of the present invention receives the laser energy converted from sunlight through a relay facility outside the ground, such as a spacecraft, an airship, an aircraft, a ship, and a vehicle, and converts it into an electric quantity. Since the means and the means for sending the quantity of electricity to the power grid are provided in the ground base, it is possible to use the laser energy generated in outer space as ground power. Further, since the laser has a constant wavelength, it is possible to realize highly efficient power conversion by matching the characteristics of the solar cell that converts the laser to electric power with the laser wavelength. Energy of the present invention provided on the ground base with means for converting a laser into a microwave on the off-ground relay facility, means for receiving the microwave and converting it into an electric quantity, and means for sending the electric quantity to a power grid The supply network can switch to a more efficient transmission system when the spatial transmission loss of the laser is large due to atmospheric conditions.

【0014】本発明のエネルギー供給ネットワークは、
宇宙航行物質に推進力を付与するために適用することが
できる。すなわち宇宙空間に設置された太陽光の励起を
受けて直接レーザーを生成し放出する手段を備えた太陽
光エネルギー取得ステーションからのレーザーが、レー
ザー中継ステーションを介してデブリに照射されるよう
にすると、その表面で発生されたプラズマによる反作用
でデブリの軌道を変更し、他の衛星運行に支障のない場
所へ変更する、あるいは大気圏にデブリを突入させ消滅
させることができる。また、OTVに対してもエネルギ
ー供給ネットワーク中例えばレーザー中継ステーション
のレーザー発振装置からレーザーを発射し、推進エネル
ギーの供給を行うことができる。OTVに対してレーザ
ービームを照射し、機体内に存在し扱いも簡単な水など
推進剤を加熱、プラズマ化させて推進力を得る。従来の
化学ロケットでは燃料のエネルギーのみに推進エネルギ
ーを依存しているのに対して、レーザーを用いた本方式
では宇宙機に対してエネルギーをふんだんに供給するこ
とが可能となる。
The energy supply network of the present invention comprises:
It can be applied to provide propulsion to space-space materials. That is, when the laser from the solar energy acquisition station equipped with means for directly generating and emitting a laser in response to the excitation of sunlight installed in the outer space is irradiated to the debris via the laser relay station, The debris orbit can be changed by the reaction of the plasma generated on the surface and changed to a place where it does not hinder the operation of other satellites, or the debris can enter the atmosphere and disappear. Further, for the OTV, a propulsion energy can be supplied by emitting a laser from a laser oscillation device of a laser relay station in the energy supply network. The OTV is irradiated with a laser beam, and a propellant such as water that exists in the body and is easy to handle is heated and turned into plasma to obtain propulsion. In the conventional chemical rocket, which depends only on the energy of fuel for propulsion energy, this method using a laser makes it possible to supply abundant energy to a spacecraft.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の太陽励起励起レーザーネットワークの
全体システムを示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an entire system of a solar pumped laser network of the present invention.

【図2】太陽光からエネルギーを取得・伝送する方式を
示す図で、Aはマイクロ波エネルギー伝送方式を、Bは
既存のレーザーエナルギー伝送方式を、Cは本発明の方
式をそれぞれしめす。
FIG. 2 is a diagram showing a method of acquiring and transmitting energy from sunlight, where A is a microwave energy transmission method, B is an existing laser energy transmission method, and C is a method of the present invention.

【図3】本発明のエネルギーステーションに設置するレ
ーザーユニットの実施例。
FIG. 3 is an example of a laser unit installed in the energy station of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 太陽エネルギー取得ステーション 10 月周回衛星 2 レーザー中継ステーション 11 火星有人ミ
ッション 3 飛行船 20 レーザーユ
ニット 4 衛星 21 太陽光受光
面 5 プラットホーム 22 集光部 6 航空機 23 光増幅媒質 7 月面基地 24 共振器 8 OTV 25 トランスミ
ッター 9 デブリ 26 ラジエータ
1 Solar energy acquisition station 10 Orbiting satellite 2 Laser relay station 11 Mars manned mission 3 Airship 20 Laser unit 4 Satellite 21 Solar light receiving surface 5 Platform 22 Concentrator 6 Aircraft 23 Optical amplification medium 7 Lunar surface base 24 Resonator 8 OTV 25 transmitter 9 debris 26 radiator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新野 正之 宮城県角田市君萱字小金沢1 航空宇宙技 術研究所 角田宇宙推進技術研究センター 内 (72)発明者 木皿 且人 宮城県角田市君萱字小金沢1 航空宇宙技 術研究所 角田宇宙推進技術研究センター 内 (72)発明者 毛呂 明夫 宮城県角田市君萱字小金沢1 航空宇宙技 術研究所 角田宇宙推進技術研究センター 内 (72)発明者 谷内 哲夫 宮城県仙台市青葉区片平2−1−1 (72)発明者 藤田 和久 宮城県仙台市泉区泉中央1−16−6 (72)発明者 今崎 一夫 大阪府吹田市山田丘2−6 (72)発明者 中野 正勝 埼玉県川口市本町4−1−8 科学技術振 興事業団内   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Masayuki Shinno             1 Kanagaki, Kanazawa, Kakuda City, Miyagi Prefecture Aerospace             Kadoda Space Propulsion Technology Research Center             Within (72) Inventor Wood Plate Katsuto             1 Kanagaki, Kanazawa, Kakuda City, Miyagi Prefecture Aerospace             Kadoda Space Propulsion Technology Research Center             Within (72) Inventor Akio Moro             1 Kanagaki, Kanazawa, Kakuda City, Miyagi Prefecture Aerospace             Kadoda Space Propulsion Technology Research Center             Within (72) Inventor Tetsuo Taniuchi             2-1-1 Katahira, Aoba-ku, Sendai City, Miyagi Prefecture (72) Inventor Kazuhisa Fujita             1-16-6 Izumichuo, Izumi Ward, Sendai City, Miyagi Prefecture (72) Inventor Kazuo Imasaki             2-6 Yamadaoka, Suita City, Osaka Prefecture (72) Inventor Masakatsu Nakano             4-1-8 Honcho, Kawaguchi City, Saitama Prefecture             Inside the business group

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 太陽光の励起を受けて直接レーザーを生
成し放出する手段と、該放出されたレーザー光を中継す
る手段と、該中継されたレーザー光をエネルギー源とし
て受光する手段とからなるエネルギーを供給するネット
ワーク。
1. A means for directly generating and emitting a laser upon receiving excitation of sunlight, a means for relaying the emitted laser light, and a means for receiving the relayed laser light as an energy source. A network that supplies energy.
【請求項2】 太陽光の励起を受けて直接レーザーを生
成し放出する手段は宇宙空間に設置することを特徴とす
る請求項1に記載のエネルギー供給ネットワーク。
2. The energy supply network according to claim 1, wherein the means for directly generating and emitting a laser upon receiving excitation of sunlight is installed in outer space.
【請求項3】 放出されたレーザー光を中継する手段に
は人工衛星、宇宙ステーション、航空機、飛行船といっ
た地上外施設が用いられるものである請求項1又は2に
記載のエネルギー供給ネットワーク。
3. The energy supply network according to claim 1, wherein the means for relaying the emitted laser light is an off-ground facility such as an artificial satellite, a space station, an aircraft or an airship.
【請求項4】 地上外中継施設からのレーザーを受光し
て電気量に変換する手段と該電気量を電力網に送る手段
とを地上基地に備えるようにした請求項3に記載のエネ
ルギー供給ネットワーク。
4. The energy supply network according to claim 3, wherein a means for receiving a laser from an off-ground relay facility and converting it into an amount of electricity and a means for transmitting the amount of electricity to a power grid are provided in the ground base.
【請求項5】 地上外中継施設上にレーザーをマイクロ
波に変換する手段と、該マイクロ波を受波して電気量に
変換する手段と該電気量を電力網に送る手段を地上の基
地に備え、大気状態によりレーザーの空間伝送損失が大
きいときは、エネルギー伝送方式をマイクロ波伝送に切
替使用できるようにした請求項3に記載のエネルギー供
給ネットワーク。
5. A base on the ground is provided with means for converting a laser into a microwave on the off-ground relay facility, means for receiving the microwave and converting it into an electric quantity, and means for sending the electric quantity to a power network. The energy supply network according to claim 3, wherein the energy transmission system can be switched to microwave transmission when the spatial transmission loss of the laser is large due to atmospheric conditions.
【請求項6】 宇宙空間に設置された太陽光の励起を受
けて直接レーザーを生成し放出する手段を備えた太陽光
エネルギー取得ステーションからのレーザーは、レーザ
ー中継ステーションを介して宇宙航行物質に推進力を付
与するために照射されることを特徴とするエネルギー供
給ネットワーク。
6. A laser from a solar energy acquisition station equipped with means for directly generating and emitting a laser upon receiving the excitation of sunlight installed in outer space, and propelling the laser to a space navigation material through a laser relay station. An energy supply network characterized by being irradiated to impart power.
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