CN109831145B - 能量分布收集转换与波束集中控制发射的空间太阳能电站 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种空间技术领域内的能量分布收集转换与波束集中控制发射的空间太阳能电站，所述太阳能电站包括多个独立相同的能量收集转换装置和一个波束集中控制发射装置；所述的能量收集转换装置和波束集中控制发射装置均置于航天器平台上，所述能量收集转换装置均匀分布在以波束集中控制发射装置为圆心的圆上，相对位置固定，形成共位卫星群。本发明将整体尺寸大的太阳能电站转化为多组相同装置，分布式收集转换空间太阳能，相互独立，互不影响，单一装置尺寸小，质量轻，无需在轨组装和拼接，有效降低对运载要求，大幅降低工程实现难度。

Description

能量分布收集转换与波束集中控制发射的空间太阳能电站
技术领域
本发明属于空间技术领域，具体涉及一种分布收集太阳能转换为激光并集中对激光波束进行集中控制发射的空间太阳能电站。
背景技术
地球能源日益枯竭已成为人类社会面临的重大威胁，同时以化石资源为主的能源消耗也在严重破坏人类赖以生存的环境。开发可再生无污染的新能源已迫在眉睫，其中太阳能被公认为清洁能源之一。地面太阳能应用技术比较成熟，但由于大气层的存在，太阳光照射到地面的功率密度不到太空中的1/7。同时受地理、气候及天气的影响，地面太阳能功率密度波动较大，通常地面需要大规模的蓄电装置才能稳定供电。空间太阳能电站不受大气衰减、天气、季节和昼夜等因素的影响，可接收高辐射强度的太阳光，以无限能源传输方式持续稳定给地面供电，是解决能源危机和保护环境的有效途径之一。
目前美日及欧洲等国家已开展了大量的技术研究，并提出了一系列的空间太阳能电站设想。为满足GW级供电功率的需求，空间太阳能电站的装置尺寸至少达到km级。例如美国提出的太阳盘方案中的薄膜太阳能电池阵的直径约3-6km，日本提出的系绳式设想的主体结构尺寸达到2km×1.9km，欧洲太阳帆方案的主体也高达15km。由于目前运载火箭无法满足如此大尺寸装置的发射需求，空间太阳能电站的装置尺寸巨大是阻碍其工程应用的主要难点。
经对现有技术的检索，中国发明专利CN201710007528.5，发明名称为一种空间太阳能电站，包括聚光器(101)、太阳能电池阵(102)、微波发射天线(103)、牵引索(106)以及传输电缆(104)，其特征在于，所述聚光器(101)由上、中、下三部分环状球面相接构成，其中中间球面的曲率半径大于上、下两边球面的曲率半径；太阳能电池阵(102)在聚光器(101)的上、中、下每部分的赤道位置上通过滑动副与其相连，并围绕着微波发射天线(103)旋转；所述微波发射天线(103)通过6根牵引索(106)与聚光器(101)的上、下边缘的外框(701)相连；太阳能电池阵(102)与微波发射天线(103)通过导电结构(105)以及传输电缆(104)电连接。但无法通过对激光的在轨波束整形和指向精细操控，进而有效降低地面接收装置规模，解决地面接收转换效率等问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种能量分布收集转换与波束集中控制发射的空间太阳能电站。本发明通过对激光的在轨波束整形和指向精细操控，有效降低地面接收装置规模，提高地面接收转换效率。
本发明涉及一种能量分布收集转换与波束集中控制发射的空间太阳能电站，包括多个独立相同的能量收集转换装置和一个波束集中控制发射装置；
所述的能量收集转换装置和波束集中控制发射装置均置于航天器平台上，所述能量收集转换装置均匀分布在以波束集中控制发射装置为圆心的圆上，相对位置固定，形成共位卫星群。
优选的，所述能量收集转换装置包括聚光器、波导、激光器、扩束镜和反射镜。
优选的，所述聚光器通过反射或透射方式会聚空间的太阳光。
优选的，所述波导对所述聚光器汇聚后的高功率密度太阳光进行匀化和压缩发散角，作为所述激光器的泵浦光源。
优选的，所述扩束镜对所述激光器输出的激光光束进行扩束，压缩激光发散角。
优选的，所述波束集中控制发射装置包括多个主桁架、旋转机构和多组相同的快反镜阵列。
优选的，所述旋转机构与所述主桁架固定连接。
优选的，能量收集转换装置与所述快反镜阵列一一对应，且两者的相对位置固定。
优选的，所述反射镜的背面装有压电陶瓷，可在一定范围内调节由所述扩束镜扩束后的激光指向，使激光传输到与所述能量收集转换装置一一对应的快反镜阵列。
优选的，两个所述旋转机构可对所述快反镜阵列进行旋转驱动，实现对快反镜阵列对应的能量收集转换装置输出激光光束整体指向的控制。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明将整体尺寸大的太阳能电站转化为多组相同装置，分布式收集转换空间太阳能，相互独立，互不影响，单一装置尺寸小，质量轻，无需在轨组装和拼接，有效降低对运载要求，大幅降低工程实现难度；
2、本发明将整体尺寸大的太阳能电站转化为多组相同装置分布式收集转换空间太阳能，可分步实施，逐步提升系统输出功率，减少资源浪费，降低发射风险；
3、本发明将能量收集转换装置与能量发射装置分离设计，可根据能量需求进行动态资源配置，实现多功能能量传输与发射，避免能量浪费；
4、本发明通过对激光的在轨波束整形和指向精细操控，有效降低地面接收装置规模，提高地面接收转换效率。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的能量收集转换装置结构示意图；
图3为本发明的波束集中控制发射装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例
本发明提供一种能量分布收集转换与波束集中控制发射的空间太阳能电站，可运行于地球同步轨道。如图1所示，本发明的空间太阳能电站包括多个能量收集转换装置101和波束集中控制发射装置102，能量收集转换装置101均匀分布在以波束集中控制发射装置102为圆心的圆上，能量收集转换装置101和波束集中控制发射装置102相对位置固定，形成共位卫星群。所述的能量收集转换装置101和波束集中控制发射装置102均置于传统航天器平台上。
所述的能量收集转换装置101均相同，如图2所示，主要包括聚光器201、波导202、激光器203、扩束镜204和反射镜205。聚光器201通过反射或透射方式会聚空间的太阳光，波导202对汇聚后的高功率密度太阳光进行匀化和压缩发散角，作为激光器203的泵浦光源，实现太阳光到激光的转换；扩束镜204对激光器203输出的激光光束进行扩束，压缩激光发散角；反射镜205的背面装有压电陶瓷，可在一定范围内调节由扩束镜204扩束后的激光指向，使激光传输到波束集中控制发射装置102。
如图3所示，所述的波束集中控制发射装置102由多个主桁架301、旋转机构302和多组快反镜阵列303组成。多个主桁架301拼接围成一个圆形，用于固联多组快反镜阵列303；每组快反镜阵列303均相同，与能量收集转换装置101一一对应，并且两者的相对位置固定。快反镜阵列303由多个快反镜单元拼接而成，每个快反镜单元都带有独立驱动控制装置，可对其区域内的激光光束进行细微指向控制，从而实现快反镜阵列303对波束集中控制发射装置102的输出激光的精细光束整形。旋转机构302与主桁架固连，两个旋转机构302之间连接一个快反镜阵列303，两个旋转机构302可对快反镜阵列303进行旋转驱动，可实现对快反镜阵列303对应的能量收集转换装置101输出激光光束整体指向的控制。
综上所述，本发明将整体尺寸大的太阳能电站转化为多组相同装置，分布式收集转换空间太阳能，相互独立，互不影响，单一装置尺寸小，质量轻，无需在轨组装和拼接，有效降低对运载要求，大幅降低工程实现难度；本发明将整体尺寸大的太阳能电站转化为多组相同装置分布式收集转换空间太阳能，可分步实施，逐步提升系统输出功率，减少资源浪费，降低发射风险；本发明将能量收集转换装置与能量发射装置分离设计，可根据能量需求进行动态资源配置，实现多功能能量传输与发射，避免能量浪费；本发明通过对激光的在轨波束整形和指向精细操控，有效降低地面接收装置规模，提高地面接收转换效率。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种能量分布收集转换与波束集中控制发射的空间太阳能电站，其特征在于，包括多个独立相同的能量收集转换装置和一个波束集中控制发射装置；
所述的能量收集转换装置和波束集中控制发射装置均置于航天器平台上，所述能量收集转换装置均匀分布在以波束集中控制发射装置为圆心的圆上，相对位置固定，形成共位卫星群；
所述能量收集转换装置包括聚光器、波导、激光器、扩束镜和反射镜；
所述扩束镜对所述激光器输出的激光光束进行扩束，压缩激光发散角；
所述波束集中控制发射装置包括多个主桁架、旋转机构和多组相同的快反镜阵列；
能量收集转换装置与所述快反镜阵列一一对应，两者相对位置固定。
2.根据权利要求书1所述的能量分布收集转换与波束集中控制发射的空间太阳能电站，其特征是，所述聚光器通过反射或透射方式会聚空间的太阳光。
3.根据权利要求书2所述的能量分布收集转换与波束集中控制发射的空间太阳能电站，其特征是，所述波导对所述聚光器汇聚后的高功率密度太阳光进行匀化和压缩发散角，作为所述激光器的泵浦光源。
4.根据权利要求书1所述的能量分布收集转换与波束集中控制发射的空间太阳能电站，其特征在于，所述旋转机构与所述主桁架固定连接。
5.根据权利要求书4所述的能量分布收集转换与波束集中控制发射的空间太阳能电站，其特征在于，所述反射镜的背面装有压电陶瓷，可调节由所述扩束镜扩束后的激光指向，使激光传输到与所述能量收集转换装置一一对应的快反镜阵列。
6.根据权利要求书5所述的能量分布收集转换与波束集中控制发射的空间太阳能电站，其特征在于，所述旋转机构的数量为两个，所述两个所述旋转机构可对所述快反镜阵列进行旋转驱动，实现对快反镜阵列对应的能量收集转换装置输出激光光束整体指向的控制。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112468058B (zh) * 2020-11-24 2022-02-22 沈阳航空航天大学 空间太阳能电站能量传输多智能体协同控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104868827A (zh) * 2015-05-21 2015-08-26 天津大学 一种激光无线输能和飞轮储能的混合蓄电系统
WO2015179213A3 (en) * 2014-05-14 2016-01-14 California Institute Of Technology Large-scale space-based solar power station: multi-scale modular space power
CN105591593A (zh) * 2016-03-07 2016-05-18 西安电子科技大学 球形聚光空间太阳能电站
CN108173477A (zh) * 2017-11-28 2018-06-15 南京航空航天大学 一种集群智能体卫星空间发电系统及发电方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015179213A3 (en) * 2014-05-14 2016-01-14 California Institute Of Technology Large-scale space-based solar power station: multi-scale modular space power
CN104868827A (zh) * 2015-05-21 2015-08-26 天津大学 一种激光无线输能和飞轮储能的混合蓄电系统
CN105591593A (zh) * 2016-03-07 2016-05-18 西安电子科技大学 球形聚光空间太阳能电站
CN108173477A (zh) * 2017-11-28 2018-06-15 南京航空航天大学 一种集群智能体卫星空间发电系统及发电方法

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