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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein photovoltaisches Energieerzeugungssystem
für den
Weltraum zum Empfangen von Sonnenlicht im Weltraum und Erzeugen
von elektrischer Energie, zum Aussenden der elektrischen Energie
durch den Weltraum zu einer Elektrizitätsversorgungsbasis durch Umwandlung
der elektrischen Energie in eine Mikrowelle und zum Speichern der
elektrischen Energie in der Elektrizitätsversorgungsbasis zum Zweck
der Nutzung der elektrischen Energie, und sie betrifft einen Energiesatelliten
sowie einen Steuerungssatelliten zum Gebrauch mit dem System.
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Beschreibung
des Stands der Technik
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Eine
Solarzelle ist als kleines Energieerzeugungssystem bekannt, das
Sonnenlicht nutzt. Ferner ist ein photovoltaisches Energieerzeugungsfeld
oder dergleichen, das Sonnenlicht nutzt und auf einem Gebäude angebracht
werden kann, als ein für
Wohnhäuser
gedachtes Energieerzeugungssystem bekannt. Ein solches photovoltaisches
Energieerzeugungssystem, das auf der Erde gebaut ist, ist wegen der
Dämpfung
des Sonnenlichts in der Erdatmosphäre und des Wechsels zwischen
Schatten und Licht, der durch den Wechsel zwischen Tag und Nacht
bedingt ist, prinzipiell nicht unbedingt effizient. Eine Solarzellenfläche, die
in einen Satelliten eingebaut ist, ist als für den Weltraum bestimmte photovoltaische Energieerzeugungsvorrichtung
bekannt. Satelliten können
somit Missionen ausführen,
indem sie durch Verwendung einer Solarzellenfläche für sich die erforderliche elektrische
Energie für
Beobachtungen und Kommunikationen usw. erzeugen. Bei jedem der bekannten
Energieerzeugungssysteme sind spezifische Einrichtungen, die mit
der Solarzelle über
Kabel verbunden sind, fähig
zur Nutzung der von der Solarzelle erzeugten Energie.
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Im
Zusammenhang mit den Fortschritten in der Kommunikationstechnologie
in Abhängigkeit
von den Ergebnissen der neuen Entwicklungsarbeiten im Weltraum und
von der Konstruktionstechnologie in bezug auf den Bau einer großen Raumstation
werden andererseits aktiv Forschungs- und Entwicklungsarbeiten durchgeführt für ein System,
das im Weltraum Sonnenlicht empfängt,
elektrische Energie erzeugt und die erzeugte Energie zu einer bestimmten
Stelle wie etwa einem bestimmten Ort auf der Erde oder im Weltraum überträgt. Ein
Beispiel eines solchen photovoltaischen Energieerzeugungssystems
für den
Weltraum kann Sonnenlicht unter Erhöhung der Energiedichte des
Sonnenlichts auf eine Anzahl von Solarzellen fokussieren, die jeweils
eine bestimmte Größe haben
und mechanisch und elektrisch miteinander verbunden sind, so daß das auftreffende
Sonnenlicht lichtelektrisch umgewandelt wird, um elektrische Energie
zu erzeugen, indem eine Kombination aus Reflektoren, Objektiven
usw. verwendet wird, wonach eine Mikrowelle auf der Basis der erzeugten
Energie erzeugt und die Mikrowelle an eine Elektrizitätsversorgungsbasis
ausgesendet wird, die auf der Erde gebaut ist. Die zur Erde ausgesendete
Mikrowelle wird aus Sicherheitsgründen über einen so weiten Bereich
gestreut, daß ihre
Energiedichte gering wird. Die auf der Erde gebaute Elektrizitätsversorgungsbasis
weist eine Reihe von Empfangsantennen auf, die in einem Gebiet von
einigen zehn Quadratkilometern aufgestellt sind, empfängt auftreffende
Mikrowellen mittels dieser Empfangsantennen und vereinigt die empfangenen
Mikrowellen zu hoher elektrischer Energie. Beispiele für solche
photovoltaischen Systeme für
den Weltraum sind in
US 5 223
781 und
US 3 781 647 gezeigt.
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Bei
dem vorstehend angegebenen bekannten photovoltaischen Energieerzeugungssystem
für den
Weltraum kann im Weltraum eine sehr große elektrische Energieerzeugungs-
und -übertragungskonstruktion
gebaut werden, indem eine Reihe von Solarzellen zu einer Sendeantennen-
und Mikrowellenerzeugungs-Anlage hinzugefügt wird, die im Weltraum als
Kern des Systems vorgesehen ist. Ein Problem bei dem wie vorstehend
erläutert
aufgebauten bekannten photovoltaischen Energieerzeugungssystem im
Weltraum besteht jedoch darin, daß dem Energieerzeugungsvermögen des
photovoltaischen Energieerzeugungssystems im Weltraum dadurch Grenzen
gesetzt sind, daß die
elektrische Energie von der Vielzahl von Solarzellen grundsätzlich auf
die Mikrowellenerzeugungsvorrichtung und die Sendeantenne konzentriert
ist, so daß sich
eine Beschränkung
der elektrischen Energieübertragung
infolge eines entladungsbedingten Zusammenbruchs in einer Energieübertragungsleitung
sowie eine Beschränkung
des Verstärkungsvermögens der
Mikrowellenerzeugungsvorrichtung ergibt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird zur Lösung des
oben angesprochenen Problems vorgeschlagen. Es ist daher eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein photovoltaisches Energieerzeugungssystem
im Weltraum bereitzustellen, das fähig ist, im Weltraum aus Sonnenlicht
erzeugte elektrische Energie zu einer Elektrizitätsversorgungsbasis zu senden, so
daß die
elektrische Energie verteilt wird, ohne die erzeugte elektrische
Energie an einem Punkt der Elektrizitätsversorgungsbasis zu konzentrieren,
und einen Energiesatelliten sowie einen Steuerungssatelliten zum
Gebrauch mit dem System bereitzustellen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein photovoltaisches Energieerzeugungssystem für den Weltraum
angegeben, das aufweist: eine Vielzahl von Energiesatelliten, die
jeweils aus Sonnenlicht im Weltraum elektrische Energie erzeugen,
um aus der erzeugten elektrischen Energie eine Mikrowelle zu erzeugen
und die Mikrowelle auszusenden; eine an einer fernen Stelle befindliche
Elektrizitätsversorgungsbasis
zum Empfangen einer Vielzahl von Mikrowellen, die von der Vielzahl
von Energiesatelliten ausgesendet werden, und zum Erzeugen von elektrischer
Energie aus der Vielzahl von empfangenen Mikrowellen; und eine Steuereinrichtung
zum Steuern der Vielzahl von Energiesatelliten, so daß die Vielzahl
von Mikrowellen, die von der Vielzahl von Energiesatelliten an die
Elektrizitätsversorgungsbasis ausgesendet
werden, miteinander phasengleich sind.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung weist die Steuereinheit auf: eine Ortsmeßeinheit
zum Messen eines Orts eines jeden von der Vielzahl von Energiesatelliten,
eine Phaseneinstellbetrag-Recheneinrichtung zum Berechnen eines
Betrags der Phaseneinstellung, die an der Mikrowelle vorzunehmen
ist, die jeder von der Vielzahl von Energiesatelliten von dem gemessenen Ort
aussendet, und eine Phasensteuereinrichtung zum Einstellen einer
Phase der Mikrowelle, die jeder von der Vielzahl von Energiesatelliten
in Abhängigkeit
von dem von der Phaseneinstellbetrag- Recheneinrichtung berechneten Betrag
der Phaseneinstellung aussendet, so daß die Vielzahl von Mikrowellen, die
von der Vielzahl von Energiesatelliten an die Elektrizitätsversorgungsbasis
ausgesendet werden, miteinander gleichphasig sind.
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Bevorzugt
weist das photovoltaische Energieerzeugungssystem für den Weltraum
ferner einen Steuerungssatelliten auf, der die Ortsmeßeinrichtung,
die Phaseneinstellbetrag-Recheneinrichtung und
eine Übertragungseinrichtung
aufweist, um jeden von der Vielzahl von Energiesatelliten über den für jeden
von der Vielzahl von Energiesatelliten berechneten Betrag der Phaseneinstellung
zu informieren. Jeder von der Vielzahl von Energiesatelliten kann
folgendes aufweisen: eine Empfangseinrichtung zum Empfangen des
Betrags der Phaseneinstellung von dem Steuerungssatelliten, ein
Ziel, um die Steuereinrichtung in die Lage zu versetzen, den Ort
eines jeden von der Vielzahl von Energiesatelliten zu messen, eine
Kondensoreinrichtung zum Fokussieren von Sonnenlicht im Weltraum,
eine photoelektrische Umwandlungseinrichtung zum Empfangen und Umwandeln
des von der Kondensoreinrichtung fokussierten Sonnenlichts in elektrische
Energie, und eine Übertragungseinrichtung,
die auch als die Phasensteuereinrichtung dient, zum Erzeugen einer
Mikrowelle auf der Basis der elektrischen Energie von der photoelektrischen
Umwandlungseinrichtung, zum Einstellen der Phase der Mikrowelle
in Abhängigkeit
von dem von der Empfangseinrichtung empfangenen Betrag der Phaseneinstellung
und zum Übertragen
der Mikrowelle zu der Elektrizitätsversorgungsbasis.
Die Ortsmeßeinrichtung
des Steuerungssatelliten kann eine Einrichtung sein, um den Ort
eines jeden von der Vielzahl von Energiesatelliten unter Nutzung
des in jedem von der Vielzahl von Energiesatelliten angeordneten
Ziels zu messen, und die Übertragungseinrichtung
des Steuerungssatelliten kann eine Einrichtung sein, um ein Steuersignal, das
den von der Phaseneinstellbetrag-Recheneinrichtung
berechneten Betrag der Phaseneinstellung einschließt, zu jedem
von der Vielzahl von Energiesatelliten zu übertragen.
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Als
Alternative kann das photovoltaische Energieerzeugungssystem für den Weltraum
außerdem einen
Steuerungssatelliten aufweisen, der die Ortsmeßeinrichtung und eine Übertragungseinrichtung aufweist,
um jeden von der Vielzahl von Energiesatelliten über Daten in bezug auf den
von der Ortsmeßeinrichtung
gemessenen Ort von jedem von der Vielzahl von Energiesatelliten
zu informieren. Außerdem
kann jeder von der Vielzahl von Energiesatelliten die Phaseneinstellbetrag-Recheneinrichtung
und die Phasensteuereinrichtung aufweisen und stellt die Phase der
Mikrowelle, die jeder von der Vielzahl von Energiesatelliten aussendet,
so ein, daß die
Mikrowelle mit jeder anderen Mikrowelle, die von jedem anderen von
der Vielzahl von Energiesatelliten ausgesendet wird, in Abhängigkeit
von dem berechneten Betrag der Phaseneinstellung gleichphasig ist.
Jeder von der Vielzahl von Energiesatelliten kann folgendes aufweisen:
ein Ziel, um die Ortsmeßeinrichtung der
Steuereinrichtung in die Lage zu versetzen, den Ort eines jeden
von der Vielzahl von Energiesatelliten zu messen, eine Kondensoreinrichtung
zum Fokussieren von Sonnenlicht im Weltraum, eine photoelektrische
Umwandlungseinrichtung zum Empfangen und Umwandeln des von der Kondensoreinrichtung fokussierten
Sonnenlichts in elektrische Energie, eine Übertragungseinrichtung, die
auch als die Phasensteuereinrichtung dient, zum Erzeugen einer Mikrowelle
auf der Basis der elektrischen Energie von der photoelektrischen
Umwandlungseinrichtung, zum Einstellen der Phase der Mikrowelle
in Abhängigkeit
von dem von der Phaseneinstellbetrag-Recheneinrichtung berechneten
Betrag der Phaseneinstellung, und zum Übertragen der Mikrowelle zu
der Elektrizitätsversorgungsbasis.
Die Ortsmeßeinrichtung
des Steuerungssatelliten kann eine Einrichtung sein, um den Ort
eines jeden von der Vielzahl von Energiesatelliten unter Nutzung
des in jedem von der Vielzahl von Energiesatelliten angeordneten
Ziels zu messen, und die Übertragungseinrichtung
des Steuerungssatelliten kann eine Einrichtung sein, um ein Steuersignal,
das Daten über
den von der Ortsmeßeinrichtung
gemessenen Ort eines jeden von der Vielzahl von Energiesatelliten
enthält,
zu jedem von der Vielzahl von Energiesatelliten zu übertragen.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sendet die Steuereinrichtung ein identisches
Referenzsignal zu jedem von der Vielzahl von Energiesatelliten aus, und
jeder von der Vielzahl von Energiesatelliten erzeugt eine Mikrowelle
auf der Basis des empfangenen Referenzsignals und sendet die Mikrowelle
an die Elektrizitätsversorgungsbasis
aus.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfaßt
die Elektrizitätsversorgungsbasis
folgendes: eine Sendeeinrichtung zum Aussenden eines Funksignals
an den Steuerungssatelliten, eine Empfangseinrichtung zum Empfangen
der von der Vielzahl von Energiesatelliten ausgesendeten Vielzahl
von Mikrowellen, eine Mikrowelle-Gleichstrom-Umwandlungseinrichtung
zum Umwandeln der von der Empfangseinrichtung empfangenen Vielzahl
von Mikrowellen in elektrische Gleichstromenergie, und eine Elektrische-Gleichstromenergie-Übertragungseinrichtung zum Übertragen
der von der Mikrowelle-Gleichstrom-Umwandlungseinrichtung erhaltenen
elektrischen Gleichstromenergie.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Energiesatellit
angegeben, der folgendes aufweist: eine Kondensoreinrichtung zum
Fokussieren von Sonnenlicht im Weltraum; eine photoelektrische Umwandlungseinrichtung
zum Empfangen und Umwandeln des von der Kondensoreinrichtung fokussierten
Sonnenlichts in elektrische Energie; und eine Übertragungseinrichtung zum
Erzeugen einer Mikrowelle auf der Basis der elektrischen Energie
von der photoelektrischen Umwandlungseinrichtung, zum Einstellen
der Phase der Mikrowelle derart, daß die Mikrowelle mit jeder
anderen von jedem anderen Energiesatelliten ausgesendeten Mikrowelle
gleichphasig ist, und zum Aussenden der Mikrowelle in den Weltraum.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuerungssatellit
angegeben, der folgendes aufweist: eine Ortsmeßeinrichtung zum Messen eines
Orts von jedem von einer Vielzahl von Energiesatelliten, die jeweils
aus Sonnenlicht im Weltraum elektrische Energie erzeugen und die
Mikrowelle aussenden, unter Nutzung eines in jedem von der Vielzahl
von Energiesatelliten angeordneten Ziels; eine Phaseneinstellbetrag-Recheneinrichtung
zum Berechnung eines Betrags der Phaseneinstellung, die an der Mikrowelle
vorzunehmen ist, die jeder von der Vielzahl von Energiesatelliten von
dem von der Ortsmeßeinrichtung
gemessenen Ort von jedem von der Vielzahl von Energiesatelliten aussendet;
und eine Übertragungseinrichtung
zum Übertragen
eines Steuersignals, das den von der Phaseneinstellbetrag-Recheneinrichtung
berechneten Phaseneinstellbetrag aufweist, zu jedem von der Vielzahl
von Energiesatelliten.
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Weitere
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der
Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Schema, das den Aufbau von Vorrichtungen zeigt, die für ein photovoltaisches
Energieerzeugungssystem für
den Weltraum gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
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2 zeigt
das Prinzip einer Phaseneinstellung, die von dem photovoltaischen
Energieerzeugungssystem für
den Weltraum gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
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3 ist
ein Blockbild, das den Aufbau eines Energiesatelliten und eines
Steuerungssatelliten des photovoltaischen Energieerzeugungssystems
für den
Weltraum gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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4 ist
ein Blockbild, das den Aufbau einer Elektrizitätsversorgungsbasis des photovoltaischen Energieerzeugungssystems
für den
Weltraum gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Es
folgt eine Beschreibung eines photovoltaischen Energieerzeugungssystems
für den
Weltraum gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, eines Energiesatelliten, eines Steuerungssatelliten
und einer Elektrizitätsversorgungsbasis zum
Gebrauch mit dem System, wobei auf die 1 bis 4 Bezug
genommen wird. 1 zeigt den Aufbau von Vorrichtungen,
die für
das photovoltaische Energieerzeugungssystem für den Weltraum gemäß der Ausführungsform
verwendet werden. 2 zeigt das Prinzip, nach dem
eine Phaseneinstellung von dem photovoltaischen Energieerzeugungssystem
für den
Weltraum gemäß der Ausführungsform
durchgeführt
wird. 3 ist ein Blockbild, das den Aufbau des Energiesatelliten
und des Steuerungssatelliten des photovoltaischen Energieerzeugungssystems
für den
Weltraum gemäß der Ausführungsform
zeigt. 4 ist ein Blockbild, das den Aufbau der Elektrizitätsversorgungsbasis
des photovoltaischen Energieerzeugungssystems für den Weltraum gemäß der Ausführungsform
zeigt.
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In 1 bezeichnet 1 einen
Energiesatelliten zum Erzeugen elektrischer Energie aus im Weltraum
empfangenem Sonnenlicht, zum Erzeugen einer Mikrowelle aus der elektrischen
Energie und zum Aussenden der Mikrowelle. Wie die Figur zeigt, weist das
photovoltaische Energieerzeugungssystem für den Weltraum eine Vielzahl
von Energiesatelliten #1 bis #n auf. 2 bezeichnet einen
Steuerungssatelliten zur Steuerung des Betrags einer Phaseneinstellung, die
an der Mikrowelle vorzunehmen ist, die von jedem von der Vielzahl
von Energiesatelliten 1 ausgesendet wird, 3 bezeichnet
eine Elektrizitätsversorgungsbasis-Antenne
zum Empfang einer Vielzahl von Mikrowellen, die von der Vielzahl
von Energiesatelliten 1 ausgesendet werden, 4 bezeichnet
eine Elektrizitätsversorgungsbasis
zum Erzeugen elektrischer Energie aus der Vielzahl der von der Antenne 3 empfangenen
Mikrowellen, und 5 bezeichnet eine Satelliten-Kommunikationsantenne,
die angeordnet ist, um die Kommunikation zwischen der Elektrizitätsversorgungsbasis 4 und
dem Steuerungssatelliten 2 zu ermöglichen.
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Jeder
von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 wandelt elektrische
Energie, die durch photoelektrische Umwandlung von Sonnenlicht erzeugt
wurde, in eine Mikrowelle um und sendet die Mikrowelle an die Elektrizitätsversorgungsbasis 4 aus.
Die elektrische Energie der Mikrowelle, die von jedem der Vielzahl von
Energiesatelliten 1 ausgesendet werden kann, ist durch
die Fähigkeit
zur Fokussierung von Sonnenlicht, die photoelektrische Umwandlungsfähigkeit
und die Mikrowellenverstärkungsfähigkeit
von jedem der Vielzahl von Energiesatelliten 1 bestimmt.
Die Anordnung der Vielzahl von Energiesatelliten 1 im Weltraum
macht es möglich,
eine Mikrowelle hoher elektrischer Energie an die Elektrizitätsversorgungsbasis 4 auszusenden.
Jeder von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 ändert jedoch
seine Lage im Weltraum, und somit ändert sich sein relativer Ort.
Wenn daher die Vielzahl von Energiesatelliten 1 jeweils
unabhängig
Mikrowellen aussenden, können
diese Mikrowellen entweder einander aufheben, oder sie werden schließlich in
einer Richtung ausgesendet, die von einer gewünschten Richtung, d. h. einer
Richtung zu der Elektrizitätsversorgungsbasis 4,
verschieden ist. Das photovoltaische Energieerzeugungssystem für den Weltraum
gemäß der vorliegenden
Erfindung stellt den Betrag der Phaseneinstellung ein, die an der
Mikrowelle vorzunehmen ist, die von jedem der Vielzahl von Energiesatelliten 1 ausgesendet
wird, so daß die
Vielzahl von Mikrowellen von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 miteinander
gleichphasig sind, um der an einer fernen Stelle befindlichen Elektrizitätsversorgungsbasis 4 den
Empfang der Vielzahl von Mikrowellen von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 zu
ermöglichen.
Das photovoltaische Energieerzeugungssystem für den Weltraum gemäß der vorliegenden
Erfindung empfängt
dann die Vielzahl von Mikrowellen, die von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 ausgesendet
werden, über
die Elektrizitätsversorgungsbasis-Antenne 3 und
wandelt die Vielzahl von Mikrowellen, die von der Elektrizitätsversorgungsbasis 4 empfangen
werden, in eine Niederfrequenzwelle um, die als elektrische Energie
genutzt werden kann.
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Die
Elektrizitätsversorgungsbasis 4 kann
auf der Erde plaziert sein. Als Alternative kann sich die Elektrizitätsversorgungsbasis 4 an
einem Ort im Weltraum wie etwa einem Ort auf der Mondoberfläche, einer
Raumstation oder dergleichen befinden. Wenn sich die Elektrizitätsversorgungsbasis 4 auf der
Erdoberfläche
befindet, muß die
Energiedichte (die Energie pro Flächeneinheit) der von jedem
von der Vielzahl von Energiesatelliten ausgesendeten Mikrowellen
mit Rücksicht
auf die Flora und Fauna der Umgebung sowie Störungen durch elektrische Wellen
verringert werden. Daher kann die Elektrizitätsversorgungsbasis-Antenne 3 einen
Bereich haben, der zwischen einigen zehn km2 und
einigen hundert km2 liegt. Im allgemeinen
kann eine derart riesige Antenne beispielsweise durch Vorsehen einer
Antennengruppe aus einer Anzahl von Antennen gebildet sein, die
jeweils eine bestimmte Größe haben.
In diesem Fall hat die Elektrizitätsversorgungsbasis 4 eine Mehrfachfunktion
der Vereinigung entweder der Vielzahl von Mikrowellen, die über die
Vielzahl von Antennen empfangen werden, oder einer Anzahl Mikrowellen
von jeder von einer Anzahl von Antennengruppen zusätzlich zu
einer Funktion der Umwandlung der zusammengesetzten Mikrowelle in
eine Niederfrequenzwelle.
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Außerdem weist
die Elektrizitätsversorgungsbasis 4 die
Satelliten-Kommunikationsantenne 5 auf, wie 1 zeigt.
Die Elektrizitätsversorgungsbasis 4 sendet
ein Funksignal an den Steuerungssatelliten 2 über die
Satelliten-Kommunikationsantenne 5. Der Steuerungssatellit 2 kann
die Richtung der Elektrizitätsversorgungsbasis 4 durch
Einfangen des Funksignals erkennen. Der Steuerungssatellit 2 steuert
den Betrag der Phaseneinstellung, der an der Mikrowelle vorzunehmen
ist, die jeder von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 aussendet,
so daß die
Mikrowelle von jedem von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 in
diese Richtung ausgesendet werden kann.
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Als
nächstes
folgt eine Beschreibung des Prinzips, auf dem die Phaseneinstellung
basiert, die an der Mikrowelle vorgenommen wird, die von jedem von
der Vielzahl von Energiesatelliten 1 ausgesendet wird;
dabei wird auf 2 Bezug genommen. In 2 stellen
mit #1, #2 und #n bezeichnete Platten die Frontflächen von
Antennen dar, die in der Vielzahl von Energiesatelliten #1, #2 bzw.
#n vorgesehen sind. Der Steuerungssatellit 2 fängt das
Funksignal von der Elektrizitätsversorgungsbasis 4 ein
und erkennt die Richtung der Elektrizitätsversorgungsbasis 4,
wie oben erwähnt
wird. Der Steuerungssatellit 2 definiert eine virtuelle
Ebene S, die orthogonal zu der Richtung ist, und bestimmt eine Beziehung
zwischen der virtuellen Ebene S und jeder von der Vielzahl von Antennenfrontflächen #1,
#2 und #n, um so den Betrag der Phaseneinstellung für jeden
von der Vielzahl von Energiesatelliten #1, #2 und #n zu berechnen. Jede
von der Vielzahl von Antennenfrontflächen #1, #2 und #n hat sechs
Freiheitsgrade, und zwar drei Freiheitsgrade in Translationsrichtungen
und drei Freiheitsgrade in Drehrichtungen, die sich gemeinsam mit
einer Änderung
der Lage des jeweiligen Energiesatelliten ändern. Der Steuerungssatellit 2 kann grundsätzlich den
Ort von jedem von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 oder
von jeder von der Vielzahl von Antennenfrontflächen bezeichnen durch Messen von
Entfernungen zwischen dem Steuerungssatelliten und drei Punkten,
die an jedem von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 oder
an jeder von der Vielzahl von Antennenfrontflächen liegen. Der Steuerungssatellit 2 bestimmt
dann eine Differenz zwischen jeder von der Vielzahl von Antennenfrontflächen und
der virtuellen Ebene S von der virtuellen Ebene S und dem Ort von
jeder von der Vielzahl von Antennenfrontflächen. Die Differenz kann in
eine Translationskomponente ΔZ
und eine Rotationskomponente Δθ aufgeteilt
werden, wie 2 zeigt. Die Komponente ΔZ kann als
diejenige angenommen werden, die für die Phaseneinstellung zwischen
dem Energiesatelliten und den anderen Energiesatelliten genutzt
wird, und die Komponente Δθ kann als
diejenige angenommen werden, die für die Phaseneinstellung in
bezug auf eine Richtung genutzt wird, die zu der virtuellen Ebene
orthogonal ist. Die Phaseneinstellung mit (ΔZ-Komponente + Δθ-Komponente) wird
für die
Einstellung der Orientierung von jeder von der Vielzahl von Antennenfrontflächen benötigt. Bei
dieser Einstellung kann ein Einstellbetrag von 2nn (n ist eine ganze
Zahl) von dem Betrag der Phaseneinstellung für jede von der Vielzahl von
Antennenfrontflächen subtrahiert
werden.
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Somit
kann der Steuerungssatellit 2 den Betrag der Phaseneinstellung
berechnen, die an der Mikrowelle vorzunehmen ist, die von jedem
von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 ausgesendet wird. Ein
Teil der Funktionalität
kann in jedem von der Vielzahl von Energiesatelliten vorgesehen
sein. In diesem Fall fängt
der Steuerungssatellit 2 das Funksignal von der Elektrizitätsversorgungsbasis 4 ein
und erkennt die Richtung der Elektrizitätsversorgungsbasis 4,
um die virtuelle Ebene S zu definieren. Der Steuerungssatellit 2 mißt außerdem den
Ort von jedem von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 und
informiert jeden von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 über die
virtuelle Ebene S und den Ort von jedem von der Vielzahl von Energiesatelliten 1.
Jeder von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 berechnet
den Betrag der Phaseneinstellung, wie oben angegeben, auf der Basis
der mitgeteilten virtuellen Ebene S und des mitgeteilten Orts von
jedem von der Vielzahl von Energiesatelliten 1.
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Als
nächstes
wird unter Bezugnahme auf 3 die Struktur
von jedem von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 und
die Struktur des Steuerungssatelliten 2 erläutert. Jeder
von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 weist eine Kondensoreinrichtung 6 zum
Fokussieren von Sonnenstrahlen im Weltraum auf eine Fläche auf,
wobei die Kondensoreinrichtung 6 aus einem katoptrischen
System, einem dioptrischen System oder dergleichen gebildet ist.
Jeder von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 umfaßt ferner
eine photoelektrische Umwandlungseinrichtung 7, um das
von der Kondensoreinrichtung 6 fokussierte Sonnenlicht
zu empfangen und das fokussierte Sonnenlicht in elektrische Energie
umzuwandeln, eine Übertragungseinrichtung 8 zum
Umwandeln der von der photoelektrischen Umwandlungseinrichtung 7 erzeugten
elektrischen Energie in eine Mikrowelle und eine Sendeantenne 9 zum
Aussenden der Mikrowelle in den Weltraum. Die Übertragungseinrichtung 8 ist
ausgebildet mit einer Empfangsantenne 10 zum Empfang eines
Steuersignals von dem Steuerungssatelliten 2, einem Verstärker 11 zum
Verstärken
eines Referenzsignals f0, das in dem Steuersignal
enthalten ist, einem Phasenschieber 12 zur Phasenverschiebung
der Mikrowelle in Abhängigkeit
von dem Betrag der Phaseneinstellung, der in dem Steuersig nal enthalten
ist, einem inkohärenten
Modulator 13 zur Modulation der von dem Phasenschieber 12 ausgegebenen
Mikrowelle unter Anwendung einer Modulationstechnik wie etwa einer
Spreizbandmodulation, um eine inkohärente Mikrowelle auszugeben, und
einem Hochleistungsverstärker 14 zum
Verstärken
der inkohärenten
Mikrowelle von dem inkohärenten
Modulator 13 mit hoher Leistung, um eine Mikrowelle auszugeben,
deren Energie der von der photoelektrischen Umwandlungseinrichtung 7 erzeugten elektrischen
Energie entspricht. Die Übertragungseinrichtung 8 weist
ferner auf: eine Demodulationseinrichtung (DEM) 15 zum
Demodulieren des Steuersignals von dem Steuerungssatelliten 2 und eine
Funktionseinrichtung 16 zum Erzeugen und Abgeben eines
Befehls an den Phasenschieber 12 auf der Basis des Phaseneinstellbetrags,
der in dem Steuersignal enthalten ist. Jeder von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 weist
ferner einen Tripelspiegel 17 auf, der so angeordnet ist,
daß der
Steuerungssatellit 2 in die Lage versetzt ist, den Ort
von jedem von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 zu messen.
Der Tripelspiegel 17 braucht nur entweder Licht oder Licht
enthaltende elektromagnetische Wellen zu reflektieren. Der Steuerungssatellit 2 umfaßt einen
Oszillator 18 zum Erzeugen des Referenzsignals f0, einen Mischer 19 zum Mischen
eines Signals, das in Abhängigkeit
von dem für
jeden von der Vielzahl von Energiesatelliten berechneten Phaseneinstellbetrag moduliert
ist, mit dem Referenzsignal, um das Steuersignal zu erzeugen, einen
Verstärker 20 zum
Verstärken
des Steuersignals und Übertragen
des Steuersignals zu jedem von der Vielzahl von Energiesatelliten 1,
und eine Sendeantenne 21. Ferner umfaßt der Steuerungssatellit 2 eine
Ortsmeßeinrichtung 22 zum
Messen des Orts von jedem von der Vielzahl von Energiesatelliten 1.
Eine Lasermeßeinrichtung
kann als die Ortsmeßeinrichtung 22 verwendet
werden, und alternativ kann eine Meßeinrichtung verwendet werden,
die eine elektromagnetische Welle nutzt. Der Steuerungssatellit 2 umfaßt ferner
eine Phaseneinstellbetrag-Recheneinrichtung 23 zum
Berechnen des Phaseneinstellbetrags für jeden von der Vielzahl von
Energiesatelliten 1 auf der Basis des oben erwähnten Prinzips,
auf dem die Berechnung des Phaseneinstellbetrags basiert, und einen.
Modulator 24 zum Modulieren eines Signals in Abhängigkeit
von dem Phaseneinstellbetrag, der von der Phaseneinstellbetrag-Recheneinrichtung 23 berechnet
wird.
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Als
nächstes
wird die Umwandlung von Sonnenlicht in eine Mikrowelle und das Aussenden
der Mikrowelle in jedem von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 erläutert. Jeder
von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 fokussiert Sonnenlicht
auf die photoelektrische Umwandlungseinrichtung 7 mittels
der Kondensoreinrichtung 6. Dies geschieht, weil die Energiedichte
des Sonnenlichts, das von der aus einer Reihe von Solarzellen aufgebauten
photoelektrischen Umwandlungseinrichtung 7 empfangen wird, durch
Fokussieren des Sonnenlichts auf die photoelektrische Umwandlungseinrichtung 7 erhöht werden kann.
Die Kondensoreinrichtung 6 kann aus einem Reflektor oder
dergleichen bestehen, der einen Durchmesser von bis zu einigen zehn
Metern hat. Als Alternative kann die photoelektrische Umwandlungseinheit 7 so
aufgebaut sein, daß sie
Sonnenlicht direkt empfängt,
anstatt daß die
Kondensoreinrichtung 6 vorgesehen ist. Die photoelektrische
Umwandlungseinrichtung 7 kann aus einer Vielzahl von vorgesehenen
Solarzellen bestehen und Sonnenlicht empfangen, das von der Kondensoreinrichtung 6 fokussiert
ist, oder kann Sonnenlicht direkt empfangen und das empfangene Sonnenlicht
dann photoelektrisch in elektrische Energie umwandeln. Die von der
photoelektrischen Umwandlungseinrichtung 7 erzeugte elektrische
Energie wird dann in den Hochleistungsverstärker 14 innerhalb
der Übertragungseinrichtung 8 eingeführt. Da
der Ausgangswert einer Solarzelle im allgemeinen eine Gleichstromkomponente
ist, wird der Ausgangswert daher in bezug auf die Spannung geändert und
richtig stabilisiert und dann in den Hochleistungsverstärker eingeführt. Die Übertragungseinrichtung 8 erzeugt
eine Mikrowelle aus dem Referenzsignal f0,
das in dem Steuersignal enthalten ist, das die Übertragungseinrichtung 8 von
dem Steuerungssatelliten 2 über die Empfangsantenne 10 empfangen
hat. Der Zweck des Empfangens des Referenzsignals f0 von
dem Steuerungssatelliten 2 besteht darin, die jeweiligen
Referenzsignale in der Vielzahl von Energiesatelliten 1 miteinander
gleichphasig zu machen. Das Referenzsignal wird dann von dem Verstärker 11 verstärkt und
von dem Phasenschieber 12 phasenverschoben. Der inkohärente Modulator 13 moduliert
die von dem Phasenschieber 12 ausgegebene Mikrowelle unter
Anwendung einer Modulationstechnik wie etwa einer Spreizbandmodulation,
um eine inkohärente
Mikrowelle auszugeben. Die Spreizbandmodulation ist eine Modulationstechnik,
bei der die Stärke
der ausgegebenen Mikrowelle verringert und ein Band von Sendefrequenzen über einen
breiten Bandbereich gespreizt wird, wodurch die gegenseitige Beeinflussung
zwischen der ausgegebenen Mikrowelle und anderen Mikrowellen verhindert
wird. Grundsätzlich
ist die Gesamtenergie der ausgegebenen Mikrowelle die gleiche wie
diejenige, die noch nicht durch Bandspreizung moduliert ist. Der Hochleistungsverstärker 14 verstärkt die
inkohä rente Mikrowelle
von dem inkohärenten
Modulator 13 mit hoher Leistung, um so eine Mikrowelle
auszugeben, deren Energie der elektrischen Energie entspricht, die
von der photoelektrischen Umwandlungseinrichtung 7 erzeugt
wurde. Diese Mikrowelle wird über
die Sendeantenne 9 in den Weltraum gesendet. Der Phasenschieber 12 erhält von der
Funktionseinrichtung 16 den Befehl, die Phase der Mikrowelle
von dem Verstärker 11 auf
der Basis des Phaseneinstellbetrags, der in dem Steuersignal von
dem Steuerungssatelliten 2 enthalten ist, zu verschieben.
Das Steuersignal von dem Steuerungssatelliten 2 enthält ein Signal,
das in Abhängigkeit
von dem für
jeden von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 berechneten
Betrag der Phaseneinstellung moduliert worden ist. Die Demodulationseinrichtung 15 demoduliert
das Steuersignal. Die Funktionseinrichtung 16 erzeugt Bitinformation,
die auf der Basis des demodulierten Phaseneinstellbetrags in den
Phasenschieber 12 gesetzt wird.
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Als
nächstes
wird die Steuerung von jedem von der Vielzahl von Energiesatelliten
durch den Steuerungssatelliten 2 erläutert. Der Steuerungssatellit 2 sendet
Licht oder dergleichen in Richtung zu dem Tripelspiegel 17,
der an jedem von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 vorgesehen
ist, um den Ort von jedem der Vielzahl von Energiesatelliten 1 mittels der
Ortsmeßeinrichtung 22 zu
messen. Die Phaseneinstellbetrag-Recheneinrichtung 23 berechnet
dann den Phaseneinstellbetrag für
jeden von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 aus Daten
bezüglich
des gemessenen Orts von jedem von der Vielzahl von Energiesatelliten
in Abhängigkeit
von dem oben erwähnten
Prinzip, auf dem die Phaseneinstellbetrag-Berechnung basiert. Der
Modulator 24 moduliert ein Signal in Abhängigkeit
von dem für
jeden von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 berechneten
Betrag der Phaseneinstellung. Der Oszillator 18 erzeugt
ein Referenzsignal f0, das von jedem von
der Vielzahl von Energiesatelliten zu nutzen ist, und der Mischer 19 mischt
das Signal, das in Abhängigkeit
von dem Betrag der Phaseneinstellung moduliert ist, in das Referenzsignal
f0, um ein Steuersignal zu erzeugen. Der Verstärker 20 verstärkt das
Steuersignal, um es zu jedem von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 zu übertragen,
und sendet dann das verstärkte
Steuersignal über
die Sendeantenne 21 zu jedem von der Vielzahl von Energiesatelliten 1.
Der Steuerungssatellit 2 weist ferner eine Kommunikationsantenne
auf (die in 3 nicht gezeigt ist), um ein
Funksignal von der Elektrizitätsversorgungsbasis 4 einzu fangen,
um die virtuelle Ebene S für
die Berechnung des Phaseneinstellbetrags zu definieren.
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Durch
Hinzufügen
von einem oder mehreren Energiesatelliten 1, die wie oben
aufgebaut sind, und Zuführen
des Steuersignals von dem Steuerungssatelliten 2, der wie
beschrieben ausgebildet ist, zu dem hinzugefügten einen oder den mehreren
Energiesatelliten können
sämtliche
erzeugten Mikrowellen einschließlich
der Mikrowellen von dem hinzugefügten einen
oder den mehreren Energiesatelliten miteinander gleichphasig gemacht
werden. Daher kann die elektrische Energieerzeugungsfähigkeit
ungeachtet einer Beschränkung
der photoelektrischen Umwandlungsfähigkeit von jedem von der Vielzahl
von Energiesatelliten 1, einer Beschränkung der Hochleistungsverstärkungsfähigkeit
von jedem von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 und
einer Beschränkung der
Energieübertragungsfähigkeit
verbessert werden.
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Als
nächstes
wird unter Bezugnahme auf 4 die Elektrizitätsversorgungsbasis 4 beschrieben.
Die Elektrizitätsversorgungsbasis 4 weist
auf: eine Vielzahl von Empfangsantennen 25, die die Elektrizitätsversorgungsbasis-Antenne 3 zum
Empfangen von Mikrowellen von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 bilden,
eine Vielzahl von Gleichstromumwandlungseinrichtungen 26 jeweils
zum Umwandeln einer empfangenen Mikrowelle in elektrische Gleichstromenergie,
und eine Elektrische-Gleichstromenergie-Übertragungseinrichtung 27 zum Übertragen
der elektrischen Gleichstromenergie. Die Elektrizitätsversorgungsbasis 4 sendet über die
Satelliten-Kommunikationsantenne 5, die in 4 nicht
gezeigt ist, ein Funksignal an den Steuerungssatelliten 2 aus,
um den Steuerungssatelliten 2 in die Lage zu versetzen,
die Richtung der Elektrizitätsversorgungsbasis 4 zu
bestimmen.
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Jede
von der Vielzahl von Gleichstrom-Umwandlungseinrichtungen 26 wandelt
eine Mikrowelle von einem Energiesatelliten 1, die von
der entsprechenden Empfangsantenne 25 der Elektrizitätsversorgungsbasis 4 empfangen
wurde, in eine Niederfrequenzwelle um. Eine Vielzahl von Niederfrequenzwellen,
die auf diese Weise von der Vielzahl von Gleichstrom-Umwandlungseinrichtungen 26 erzeugt
werden, wird dann vereinigt, und die zusammengesetzte Niederfrequenzwelle
wird von der Elektrische-Gleichstromenergie- Übertragungseinrichtung 27 übertragen.
Da die von der Vielzahl von Empfangsantennen eingenommene Fläche, wie
erwähnt, groß ist, kann
die Elektrizitätsversorgungsbasis 4 in einem
Grenzgebiet wie etwa dem Küstenbereich
einer abgelegenen Insel oder in einer Wüste gebaut sein. Daher sollte
die Elektrische-Gleichstromenergie-Übertragungseinrichtung 27 die
erzeugte elektrische Energie mit einem hohen Übertragungs-Wirkungsgrad zu
Städten
und Großstädten übertragen können.
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Gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann also das photovoltaische Energieerzeugungssystem
für den
Weltraum elektrische Energie, die von der Vielzahl von Energiesatelliten 1 aus
Sonnenlicht erzeugt wird, zu der Elektrizitätsversorgungsbasis 4 übertragen,
so daß die
elektrische Energie verteilt wird, ohne die erzeugte elektrische Energie
an einem Punkt der Elektrizitätsversorgungsbasis 4 zu
konzentrieren.
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Es
versteht sich, daß die
vorliegende Erfindung nur durch die beigefügten Patentansprüche definiert
ist und durch die hier beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiele
nicht eingeschränkt
ist.