RU2733181C1

RU2733181C1 - Balloon-to-space power system (bsps)

Info

Publication number: RU2733181C1
Application number: RU2019126667A
Authority: RU
Original assignee: Матюхин Владимир Фёдорович; Матюхина Светлана Владимировна
Priority date: 2019-08-23
Filing date: 2019-08-23
Publication date: 2020-09-29

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to power supply systems for ground-based consumers from space. System includes a solar power plant in the form of N≥1 interconnected independent modules. Autonomous modules consist of independent photo-converting modules with film spherical concentrators of solar radiation and focusing laser beam with mirror systems in the form of closed spheroidal cavities, filled with inert gas and equipped with systems of adaptive correction of thermo-optical distortions of spheroidal cavities. Intermediate point of energy reception is arranged above cloud zone and is made in form of K≥1 autonomous unmanned aerial vehicles (UAV) with a system of displacement and stabilization engines and a system of spherical concentrators of laser radiation, optically conjugated with segmented photoconverters of laser radiation into super-high frequency signal, and antenna super-high frequency devices with guidance system for super-high frequency transmission P≥1 independent ground consumers, spatially distributed over the Earth's surface.

EFFECT: technical result of invention is provision of power supply to consumers in hard-to-access regions of the Earth's surface.

4 cl, 4 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к системам солнечного энергоснабжения наземных (воздушных) потребителей из космоса.The invention relates to systems for solar power supply of ground (air) consumers from space.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИLEVEL OF TECHNOLOGY

Известны космические солнечные электростанции для обеспечения электроэнергией наземных потребителей, включающие в себя солнечную энергетическую установку и систему дистанционной передачи на Землю энергии в виде микроволнового или лазерного излучения (заявка на изобретение RU №94032672/11 от 08.09.1994, B64G 9/00; патент на изобретение RU №2094334 от 18.04.1994, B64G 1/44, К. Гетланд, «Космическая техника», М, изд. Мир, 1986 г., стр. 228-237). Недостатками данных электростанций являются:Known space solar power plants for providing electricity to ground consumers, including a solar power plant and a system for remote transmission of energy to the Earth in the form of microwave or laser radiation (application for invention RU No. 94032672/11 dated 09/08/1994, B64G 9/00; patent for invention RU No. 2094334 from 18.04.1994, B64G 1/44, K. Getland, "Space technology", M, Mir, 1986, pp. 228-237). The disadvantages of these power plants are:

1. Большеразмерная конструкция, которую невозможно переправить на орбиту целиком за один раз, требующая большого количества пуска ракетоносителей и сложной дорогостоящей сборки в космосе;1. Large-sized structure, which cannot be transported into orbit entirely at one time, requiring a large number of launch vehicles and a complex and expensive assembly in space;

2. Многоступенчатая система преобразования солнечной энергии с аппаратурой с большими массогабаритными параметрами и сложной и тяжелой кабельной сетью, повышающая риск выхода из строя отдельных узлов и, в крайнем случае, оборудования в целом;2. A multistage solar energy conversion system with equipment with large weight and size parameters and a complex and heavy cable network, which increases the risk of failure of individual nodes and, in extreme cases, equipment as a whole;

3. При использовании лазерного луча в качестве способа передачи энергии отсутствие пункта приема энергии выше облачной зоны будет приводить к потере части излучения в тропосфере и, следовательно, понижению КПД процесса.3. When using a laser beam as a method of energy transmission, the absence of an energy receiving point above the cloudy zone will lead to the loss of a part of the radiation in the troposphere and, consequently, to a decrease in the efficiency of the process.

4. При использовании СВЧ луча в качестве способа передачи энергии, обладающего значительной расходимостью, площадь его на Земле достигнет больших размеров, что требует создания таких же размеров передающей антенны (до 1 км и приемной ректенны до 10 км), что приводит как к удорожанию электростанции, так и к понижению эффективности ее работы4. When using a microwave beam as a method of transferring energy with a significant divergence, its area on the Earth will reach large dimensions, which requires the creation of the same dimensions of a transmitting antenna (up to 1 km and a receiving rectenna up to 10 km), which leads to both an increase in the cost of a power plant , and to a decrease in the efficiency of its work

Известны также солнечные электростанции, размещенные на привязных летательных аппаратах легче воздуха, на поверхности которых нанесены гибкие солнечные элементы, а сами аппараты расположены выше облачного слоя (патенты на изобретения: RU №2377440 от 18.06.2008, F03G 6/00; RU №2389900 от 16.03.2009, F03G 6/00). Недостатками данных электростанций являются:There are also known solar power plants placed on tethered aircraft lighter than air, on the surface of which flexible solar cells are applied, and the devices themselves are located above the cloud layer (patents for inventions: RU No. 2377440 from 18.06.2008, F03G 6/00; RU No. 2389900 from 03.16.2009, F03G 6/00). The disadvantages of these power plants are:

1. Сферическая форма аэростата, приводящая к неэффективному использованию приемных элементов ректенны, что приводит к понижению КПД электростанции, увеличению площади, занимаемой наземным пунктом приема энергии, а также к ухудшению экологической безопасности зоны облучения в месте расположения ректенны; фотопреобразователей и, как следствие, уменьшению КПД процесса получения электроэнергии;1. The spherical shape of the balloon, leading to ineffective use of the rectenna receiving elements, which leads to a decrease in the efficiency of the power plant, an increase in the area occupied by a ground-based energy receiving station, as well as to a deterioration in the environmental safety of the irradiated zone at the rectenna location; photoconverters and, as a consequence, a decrease in the efficiency of the process of generating electricity;

2. Использование пленочных фотопреобразователей, обладающих по своей физической природе низким КПД;2. The use of film photoconverters, which have a low efficiency by their physical nature;

3. Ежедневное проведение операций намотки на барабан и размотки с него трос-кабеля, которое значительно повышает риск аварии и износа агрегата.3. Daily performance of operations of winding and unwinding from the drum of a rope-cable, which significantly increases the risk of an accident and wear of the unit.

4. Использование для получения электроэнергии только солнечного излучения.4. Use only solar radiation for generating electricity.

Известна также система энергоснабжения наземных потребителей из космоса, включающая в себя, по меньшей мере, одну космическую солнечную электростанцию и наземный пункт приема энергии, передаваемой с космических солнечных электростанций (авторское свидетельство SU №946372 от 31.10.1980, H01J 17/00, B64G 1/10). Недостатками данной системы являются:Also known is a power supply system for ground consumers from space, which includes at least one space solar power plant and a ground station for receiving energy transmitted from space solar power plants (copyright certificate SU No. 946372 dated 31.10.1980, H01J 17/00, B64G 1 /ten). The disadvantages of this system are:

1. Наличие космической электростанции и отдельного космического ретранслятора или флотилии отдельных космических электростанций с пассивными ретрансляторами, перенаправляющими энергию, что существенно усложняют и удорожают реализацию данной электростанции;1. The presence of a space power station and a separate space repeater or a flotilla of separate space power stations with passive repeaters that redirect energy, which significantly complicate and increase the cost of the implementation of this power plant;

2. При передаче энергии с использованием СВЧ луча, обладающего значительной расходимостью, непосредственно на Землю, площадь его на Земле достигнет больших размеров, что, как указывалось выше, требует создания таких же размеров приемной ректенны, что, в свою очередь, приводит как к удорожанию электростанции, так и к понижению эффективности работы приемных элементов ректенны, и, соответственно, приводит к понижению КПД электростанции, увеличению площади, занимаемой наземным пунктом приема энергии, а также к ухудшению экологической безопасности зоны облучения в месте расположения ректенны;2. When transferring energy using a microwave beam with a significant divergence directly to the Earth, its area on Earth will reach large sizes, which, as mentioned above, requires the creation of the same size of the receiving rectenna, which, in turn, leads to both power plants, and to a decrease in the efficiency of the reception elements of the rectenna, and, accordingly, leads to a decrease in the efficiency of the power plant, an increase in the area occupied by the ground station for receiving energy, as well as to a deterioration in the environmental safety of the irradiation zone at the location of the rectenna;

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению, принятым за прототип, является:The closest technical solution to the proposed invention, taken as a prototype, is:

1. Аэростатно-космическая энергетическая система, включающая в себя, по меньшей мере, одну космическую солнечную электростанцию и наземный пункт приема энергии, передаваемой с космической солнечной электростанции, отличающаяся тем, что система снабжена промежуточным пунктом приема энергии, представляющим собой летательный аппарат легче воздуха в виде управляемого привязного аэростата со смонтированным на нем служебным модулем. При этом на поверхности указанного аппарата, обращенной от поверхности Земли, расположены солнечные фотопреобразователи и лазер, направленный на космическую солнечную электростанцию, а на поверхности, обращенной к поверхности Земли, расположены инфракрасные фотопреобразователи и вышеуказанный служебный модуль управления аэростатом. При этом указанный аэростат закреплен выше зоны облаков посредством трос-кабеля, соединенного с наземным пунктом приема энергии.1. Aerostatic-space energy system, which includes at least one space solar power plant and a ground station for receiving energy transmitted from a space solar power station, characterized in that the system is equipped with an intermediate station for receiving energy, which is an aircraft lighter than air in the form of a controlled tethered balloon with a service module mounted on it. At the same time, solar photoconverters and a laser directed to the space solar power plant are located on the surface of the said apparatus facing away from the Earth's surface, and infrared photoconverters and the above-mentioned service module for controlling the balloon are located on the surface facing the Earth's surface. In this case, the specified balloon is fixed above the cloud zone by means of a cable-cable connected to a ground-based energy receiving point.

2. Аэростатно-космическая энергетическая система по п. 1, отличающаяся тем, что летательный аппарат легче воздуха выполнен дискообразной формы, и по периметру его боковой поверхности равномерно смонтированы электромоторы, соединенные со служебным модулем.2. Aerostatic-space energy system according to claim 1, characterized in that the lighter-than-air aircraft is disk-shaped, and electric motors are uniformly mounted along the perimeter of its lateral surface, connected to the service module.

3. Аэростатно-космическая энергетическая система по п. 1, отличающаяся тем, что между служебным модулем и наземным пунктом приема энергии на трос-кабеле, выходящем из служебного модуля, последовательно закреплены обезвешивающие аэростатные оболочки.3. Aerostatic-space energy system according to claim 1, characterized in that between the service module and the ground point for receiving energy on a cable-cable emerging from the service module, weightless balloon shells are sequentially fixed.

4. Аэростатно-космическая энергетическая система по п. 1, отличающаяся тем, что космическая солнечная электростанция представляет собой размещенный на орбите спутник, состоящий из независимых между собой фотопреобразующих модулей, фокусирующей луч зеркальной системы, суперконденсаторов, системы дистанционной передачи энергии, приборно-агрегатного отсека с системами управления, а также систем для приема команд управления и выдачи информации о состоянии работы спутника на наземный пункт.4. Aerostatic-space energy system according to claim 1, characterized in that the space solar power plant is a satellite located in orbit, consisting of photoconverting modules, a focusing mirror system, supercapacitors, a remote power transmission system, an instrument-aggregate compartment with control systems, as well as systems for receiving control commands and issuing information about the state of the satellite operation to a ground point.

(Авторское свидетельство RU 2481252 С1 (заявка: 2011141939/11, 18.10.2011 B64G 1/42 (2006.01) В64В 1/50 (2006.01), опубликовано: 10.05.2013 Бюл. №13). Однако недостатком прототипа является то, что:(Copyright certificate RU 2481252 C1 (application: 2011141939/11, 10/18/2011 B64G 1/42 (2006.01) B64B 1/50 (2006.01), published: 05/10/2013 Bull. No. 13). However, the disadvantage of the prototype is that:

1. Для получения больших энергетических мощностей космических электростанций (например, ГВт уровня) требуются значительные поля (5-10 км²) фотоэлектрических панелей. Это требует доставку и монтаж в космосе крупноразмерных конструкций, которые невозможно переправить на орбиту целиком за один раз. Требуется провести большого количества пусков ракетоносителей, проведение сложной, дорогостоящей сборки крупногабаритных конструкций в космосе.1. To obtain large energy capacities of space power plants (for example, GW level), significant fields (5-10 km ² ) of photovoltaic panels are required. This requires the delivery and installation in space of large-sized structures that cannot be transported into orbit in one go. It is required to carry out a large number of launches of launch vehicles, to carry out a complex, expensive assembly of large-sized structures in space.

2. Большие массогабаритные параметры, сложная сетевая конструкция космического сегмента подвержена воздействию агрессивной среды космического пространства, повышает риск выхода из строя ее отдельных узлов и оборудования в целом;2. Large weight and size parameters, complex network structure of the space segment is exposed to the aggressive environment of outer space, increases the risk of failure of its individual units and equipment as a whole;

3. Привязные аэростаты, поднятые на значительные высоты (выше 10-15 км) представляю собой помехи для воздушного транспорта. Кроме того они должны поднимать тяжелые толсто-жильные кабели, необходимые для передачи мощных энергетических потоков. Удельный вес таких кабелей может составить более 800 кг/км.3. Tethered balloons raised to significant heights (above 10-15 km) constitute a hindrance to air transport. In addition, they must lift heavy, thick-core cables required to transmit powerful energy flows. The specific weight of such cables can be more than 800 kg / km.

Обеспечить такую грузоподъемность очень сложно, требуется создать аэростаты несколько сотен метров в диаметре. Использование дополнительной аэростатной разгрузки делает всю систему громоздкой и неустойчивой к ветровым нагрузкам, что снижает ее устойчивость и надежность.It is very difficult to provide such a carrying capacity; it is required to create balloons several hundred meters in diameter. The use of additional aerostatic unloading makes the entire system cumbersome and unstable to wind loads, which reduces its stability and reliability.

4. Система передачи энергии на базе привязных аэростатов под воздействием порывов ветра будут резко изменять свое пространственное положение, даже при использовании дополнительных стабилизирующих воздушных электродвигателей, создавая реальную угрозу воздушному авиатранспорту, затрудняя передачу на нее лазерного излучения от космического сегмента.4. The power transmission system based on tethered balloons under the influence of wind gusts will sharply change its spatial position, even with the use of additional stabilizing air electric motors, creating a real threat to air transport, making it difficult to transfer laser radiation from the space segment to it.

5. Привязные аэростатные системы легко уязвимы к воздействию атмосферного электричества, молний, а в зимнее время обледенению разгрузочных аэростатов, удерживающих тросов и электрических кабелей, что может приводить к их обрывам и, как следствие, к техногенным катастрофам.5. Tethered balloon systems are easily vulnerable to the effects of atmospheric electricity, lightning, and, in winter, the icing of unloading balloons, holding ropes and electric cables, which can lead to their breakage and, as a result, to man-made disasters.

Таким образом, предложенная аэростатно-космическая энергетическая система передачи энергии на базе привязных аэростатов не обеспечивает всепогодность, надежность и гибкость системы энергообеспечения, особенно в местах труднодоступных для передачи энергии, например в регионах крайнего Севера.Thus, the proposed balloon-space power transmission system based on tethered balloons does not provide all-weather, reliability and flexibility of the power supply system, especially in places that are difficult to access for power transmission, for example, in the regions of the Far North.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION

Техническое решение по предлагаемому изобретению направлено на достижение технического результата, заключающегося:The technical solution according to the proposed invention is aimed at achieving a technical result, which consists of:

- в увеличении количества потребителей получаемой электроэнергии в пространственно-распределенные труднодоступные регионы России,- in increasing the number of consumers of received electricity to spatially distributed remote regions of Russia,

- в повышении надежности передачи энергии потребителям в независимости от погодных условий, времен года и суток, при меньших размерах космического, воздушного и наземного сегментов солнечной аэрокосмической энергетической системы, что позволяет значительно снизить затраты на монтаж и эксплуатацию космического, воздушного и наземных сегментов аэростатно-космического энергетического комплекса.- in increasing the reliability of energy transmission to consumers, regardless of weather conditions, seasons and days, with a smaller space, air and ground segments of the solar aerospace energy system, which can significantly reduce the cost of installation and operation of space, air and ground segments of aerostatic-space energy complex.

- в возможности гибко и оперативно перераспределять энергетические потоки среди наземных потребителей энергии- in the ability to flexibly and quickly redistribute energy flows among ground energy consumers

- в уменьшении зон и уровней экологического воздействия на среду обитания за счет пространственного разделения общего энергетического потока на локальные пространственно распределенные потоки,- in reducing the zones and levels of environmental impact on the habitat due to the spatial division of the total energy flow into local spatially distributed flows,

- в возможности автоматического разворачивания аэростатно-космической энергетической системы в космическом пространстве без участия космонавтов и возможности наращивания ее энергетического потенциала, путем количественного увеличения числа автономных модулей космического сегмента,- in the possibility of automatic deployment of the balloon-space energy system in outer space without the participation of cosmonauts and the possibility of increasing its energy potential by quantitatively increasing the number of autonomous modules of the space segment,

Ниже, при раскрытии сущности изобретения, описании его осуществления и использования, в том числе в частных случаях выполнения, будут названы и другие виды достигаемого технического результата.Below, when disclosing the essence of the invention, describing its implementation and use, including in particular cases of implementation, other types of the achieved technical result will be named.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯCARRYING OUT THE INVENTION

Указанный технический результат достигается тем, что, как и в известной, взятой за прототип аэростатно-космической энергетической системе, включающей в себя космическую солнечную электростанцию, состоящую из независимых между собой фотопреобразующих модулей, фокусирующей луч зеркальной системы, системы дистанционной передачи энергии, приборно-агрегатного отсека с системами управления, промежуточный пункт приема энергии, установленный выше зоны облаков и представляющий собой летательный аппарат со служебным модулем, по периметру боковой поверхности, которого равномерно смонтированы электромоторы, соединенные со служебным модулем, а на поверхности, обращенной от поверхности Земли, расположены солнечные фотопреобразователи и лазер, направленный на космическую солнечную электростанцию, и наземный пункт приема энергии, комическая электростанция выполнена в виде N≥1 функционально законченных и соединенных между собой автономных модулей, а в состав каждого автономного модуля включены пленочный сферический концентратор солнечного излучения и система адаптивной коррекции термооптических искажений системы дистанционной передачи энергии. Промежуточный пункт приема энергии выполнен в виде K≥1 автономных беспилотных летательных аппаратов (БЛА) с системой двигателей перемещения и стабилизации в воздушном пространстве Земли, а в состав каждого БЛА введены сферический концентратор лазерного излучения, сегментированный фотопреобразователи лазерного излучения в СВЧ сигнал и антенное СВЧ устройство с системой наведения, причем сферический концентратор лазерного излучения направлен в сторону космической солнечной электростанции, а антенное СВЧ устройство БЛА направлено в сторону наземного пункта приема энергии. Наземный пункт приема энергии выполнен в виде Р>1 независимых пространственно-распределенных по поверхности Земли антенных полей, включающих, циклотронные преобразователи СВЧ излучения в электрический ток (ректенны), накопители электрической энергии и систему сопряжения с электрическими сетями потребителя, причем центр каждого антенного поля снабжен СВЧ маяком, направленным в сторону БЛА.The specified technical result is achieved by the fact that, as in the well-known balloon-space energy system taken as a prototype, which includes a space solar power plant, consisting of independent photoconverting modules, a beam focusing mirror system, a remote power transmission system, an instrument-aggregate a compartment with control systems, an intermediate point for receiving energy, installed above the cloud zone and representing an aircraft with a service module, along the perimeter of the lateral surface, which are evenly mounted with electric motors connected to the service module, and solar photoconverters are located on the surface facing the Earth's surface and a laser aimed at a space solar power plant and a ground station for receiving energy, the comic power plant is made in the form of N≥1 functionally complete and interconnected autonomous modules, and film th spherical concentrator of solar radiation and a system for adaptive correction of thermo-optical distortions of the remote power transmission system. The intermediate point for receiving energy is made in the form of K≥1 autonomous unmanned aerial vehicles (UAVs) with a system of engines for movement and stabilization in the airspace of the Earth, and a spherical concentrator of laser radiation, segmented photoconverters of laser radiation into a microwave signal and an antenna microwave device are introduced into each UAV with a guidance system, and the spherical concentrator of laser radiation is directed towards the space solar power plant, and the antenna microwave device of the UAV is directed towards the ground station for receiving energy. The ground station for receiving energy is made in the form of P> 1 independent antenna fields spatially distributed over the Earth's surface, including cyclotron converters of microwave radiation into electric current (rectennas), electric energy storage devices and a system for interfacing with consumer's electrical networks, and the center of each antenna field is equipped with Microwave beacon directed towards the UAV.

Пленочный сферический концентратор солнечного излучения, каждого автономного модуля космической солнечной электростанции, выполнен в виде замкнутой полости, наполненной инертным газом, верхняя часть которой прозрачна для солнечного излучения, а нижняя представляет собой зеркальную отражающую поверхность, концентрирующую солнечное излучение на поверхности фотоэлектрических преобразователей.A spherical film concentrator of solar radiation, of each autonomous module of a space solar power plant, is made in the form of a closed cavity filled with an inert gas, the upper part of which is transparent to solar radiation, and the lower part is a mirror reflecting surface that concentrates solar radiation on the surface of photovoltaic converters.

Фокусирующая луч зеркальная системы, системы дистанционной передачи энергии каждого модуля, выполнена в виде замкнутой сфероидальной полости, наполненной инертным газом, внешняя полусфера которой прозрачна для лазерного излучения, а внутренняя представляет собой зеркальную отражающую поверхность, при этом система адаптивной коррекции термооптических искажений системы дистанционной передачи энергии размещена в зоне оптически сопряженной с зеркальной отражающей поверхностью замкнутой сфероидальной полости и снабжена механизмами изменения формы управляемой поверхности.The beam-focusing mirror system, the system for remote transmission of energy of each module, is made in the form of a closed spheroidal cavity filled with an inert gas, the outer hemisphere of which is transparent for laser radiation, and the inner one is a mirror reflecting surface, while the system for adaptive correction of thermo-optical distortions of the remote energy transmission system placed in the area of a closed spheroidal cavity optically coupled with a mirror reflecting surface and equipped with mechanisms for changing the shape of the controlled surface.

Сферический концентратор лазерного излучения БЛА выполнен в виде замкнутой полости, заполненной инертным газом, легче воздуха, внешняя поверхность полусферы которой прозрачна для лазерного излучения, а внутренняя выполнена в виде сопряженных оптических элементов, обеспечивающих концентрацию лазерного излучения на поверхность сегментированного фотопреобразователя лазерного излучения в СВЧ сигнал, причем сам сегментированного фотопреобразователя лазерного излучения размещен на сфероидальной поверхности, обращенной своей поверхностью в сторону концентратора лазерного излучения.A spherical concentrator of UAV laser radiation is made in the form of a closed cavity filled with an inert gas, lighter than air, the outer surface of the hemisphere of which is transparent for laser radiation, and the inner surface is made in the form of conjugated optical elements that provide the concentration of laser radiation on the surface of a segmented photoconverter of laser radiation into a microwave signal, moreover, the segmented photoconverter of laser radiation itself is placed on a spheroidal surface facing its surface towards the laser radiation concentrator.

Комическая электростанция строится по модульному принципу, заключающемуся в состыковке между собой N>1 отдельных функционально законченных модулей, транспортировка и монтаж которых на космической орбите осуществляется самостоятельно. Каждый из модуль будет аккумулировать и передавать потребителям (1/N) P₁ общей передаваемой мощности солнечного излучения, а наращивание мощности будет осуществляться путем увеличения числа модулей N>1 и стыковки их между собой.The comic power plant is built according to the modular principle, which consists in joining together N> 1 separate functionally complete modules, the transportation and installation of which in space orbit is carried out independently. Each of the modules will accumulate and transmit to consumers (1 / N) P _{1 the} total transmitted power of solar radiation, and the increase in power will be carried out by increasing the number of modules N> 1 and docking them together.

Пленочный сферический концентратор солнечного излучения каждого модуля предназначенн для концентрации солнечной энергии (500-1000 раз) на фотоэлектрических преобразователях, увеличивая тем самым КПД преобразования и снижая габариты фотоэлектрических панелей, а, следовательно, стоимость космического сегмента.A spherical film concentrator of solar radiation of each module is designed to concentrate solar energy (500-1000 times) on photovoltaic converters, thereby increasing the conversion efficiency and reducing the size of photovoltaic panels, and, consequently, the cost of the space segment.

В состав каждого модуля также вводится комплекс преобразования солнечной энергии в лазерное излучение (например, на базе наноантенных элементов, или лазеров с солнечной, солнечно-электрической накачкой) и система адаптивной коррекции (САК) термооптических искажений зеркальной системы фокусировки лазерное излучение.Each module also includes a complex for converting solar energy into laser radiation (for example, based on nanoantenna elements, or lasers with solar, solar-electric pumping) and a system of adaptive correction (ACC) of thermo-optical distortions of the mirror focusing system laser radiation.

Это необходимо для компенсации термооптических искажений волнового фронта лазерного излучения, вызванных нагревом и деформациями зеркальной системы, формирующей мощный лазерный луч, а также для прецизионного наведения лазерного излучения (порядка 10^-7 рад) на лазерный маяк БЛА.This is necessary to compensate for thermo-optical distortions of the wavefront of laser radiation caused by heating and deformations of the mirror system that forms a powerful laser beam, as well as for precision guidance of laser radiation (about 10 ^-7 rad) to the UAV's laser beacon.

При этом выполнение промежуточного пункт приема энергии в виде K>1 автономных высотных беспилотного летательного аппарата (БЛА) с системой двигателей перемещения и стабилизации в воздушном пространстве Земли выше тропосферы позволяет БЛА свободно перемещать в стратосфере и стабилизировать свое о положение в заданном регионе Земли, для передачи энергии в любую точку на поверхности Земли, потенциальным потребителем энергии. В этом случаи лазерное излучение без потерь (космическое пространство) от каждого модуля направляется на один или несколько БЛА, наводясь на размещенный на поверхности БЛА лазер-маяк. Введение в состав каждого БЛА фотопреобразователя лазерного излучения в СВЧ излучение (например, 2.45, 4.8 ГГц диапазона) и антенного СВЧ устройства с системой наведения, позволяет СВЧ излучение и направляется наземным потребителям через тропосферу практически без потерь, днем и ночью в любых погодных условиях. А введение сферического концентратора лазерного излучения БЛА, выполненного в виде замкнутой полости, заполненной инертным газом легче воздуха, позволяет повысить подъемную силу БЛА и, за счет нагрева инертного газа тепловым излучением энергии лазера, позволяет обеспечивать долговременную работу БЛА при нахождении в верхних слоях атмосферы. Кроме того сферический концентратор лазерного излучения позволяет повысить плотность излучения на сегментированом фотопреобразователе лазерного излучения в СВЧ сигнал и тем самым повысить КПД преобразования.At the same time, the implementation of an intermediate point for receiving energy in the form of K> 1 autonomous high-altitude unmanned aerial vehicles (UAVs) with a system of engines for movement and stabilization in the Earth's airspace above the troposphere allows the UAV to freely move in the stratosphere and stabilize its position in a given region of the Earth, for transmission energy to any point on the surface of the Earth, a potential consumer of energy. In this case, lossless laser radiation (outer space) from each module is directed to one or several UAVs, aiming at a laser beacon placed on the surface of the UAV. The introduction into the composition of each UAV of a photoconverter of laser radiation into microwave radiation (for example, 2.45, 4.8 GHz range) and an antenna microwave device with a guidance system, allows microwave radiation and is directed to ground users through the troposphere practically without loss, day and night in any weather conditions. And the introduction of a spherical concentrator of UAV laser radiation, made in the form of a closed cavity filled with an inert gas lighter than air, makes it possible to increase the lifting force of the UAV and, due to the heating of the inert gas by thermal radiation of laser energy, makes it possible to ensure long-term operation of the UAV while in the upper layers of the atmosphere. In addition, a spherical concentrator of laser radiation can increase the density of radiation on a segmented photoconverter of laser radiation into a microwave signal and thereby increase the conversion efficiency.

Наземный пункт приема энергии выполнен в виде Р>1 независимых пространственно-распределенных по поверхности Земли антенных полей преобразователей СВЧ излучения в электрический ток. Антенные поля при этом имеют умеренные размеры (десятки метров), что дает возможность передавать энергию мобильным (воздушным, морским) и малогабаритным наземным потребителям. Что очень важно для обеспечением энергией потребителей в труднодоступных местах (на Крайнем Севере, в горах, в лесах и т.д.), а также в условиях техногенных и природных катастроф.The ground station for receiving energy is made in the form of P> 1 independent antenna fields spatially distributed over the surface of the Earth, converters of microwave radiation into electric current. At the same time, antenna fields are of moderate size (tens of meters), which makes it possible to transmit energy to mobile (air, sea) and small-sized land consumers. This is very important for providing energy to consumers in hard-to-reach places (in the Far North, in the mountains, in forests, etc.), as well as in conditions of man-made and natural disasters.

Для наведения диаграммы направленности антенного СВЧ устройства БЛА на наземный пункт приема энергии центр каждого антенного поля снабжен СВЧ маяком.To guide the directional diagram of the UAV microwave antenna device to the ground-based energy receiving point, the center of each antenna field is equipped with a microwave beacon.

Для доставки и автоматического разворачивания в космосе без участия человека пленочный сферический концентратор солнечного излучения комической выполнен в виде замкнутой полости, которую наполняют нейтральным газом (например, гелием), при разворачивании в космическом пространстве.For delivery and automatic deployment in space without human intervention, the comic film spherical concentrator of solar radiation is made in the form of a closed cavity, which is filled with a neutral gas (for example, helium) when deployed in outer space.

Кроме того для удобства доставки и автоматического разворачивания в космосе, а также для значительного удешевления космического сегмента, зеркальную систему фокусирующую луч, также выполняют в виде замкнутой сфероидальной полости, которую при разворачивании в космосе наполняю нейтральным газом, а для корректировки ее аберраций и термооптических искажений используют систему адаптивной коррекции (САК), которая по сигналу от лазерного маяка БЛА корректирует термооптические искажения и аберрации зеркальной отражающей поверхности замкнутой сфероидальной полости.In addition, for the convenience of delivery and automatic deployment in space, as well as to significantly reduce the cost of the space segment, the mirror focusing system is also made in the form of a closed spheroidal cavity, which, when deployed in space, is filled with a neutral gas, and to correct its aberrations and thermo-optical distortions an adaptive correction system (ACS), which corrects thermo-optical distortions and aberrations of the mirror reflecting surface of a closed spheroidal cavity on a signal from the UAV laser beacon.

Предложенное выполнение системы позволяет значительно увеличить количество наземных потребителей энергии и обеспечить гибкость и надежности передачи энергии потребителям в независимости от погодных условий, времен года и суток.The proposed implementation of the system makes it possible to significantly increase the number of land-based energy consumers and provide flexibility and reliability of energy transmission to consumers, regardless of weather conditions, seasons and days.

Существенным достоинством предлагаемого технического решения является то, что для транспортировки элементов космического сегмента АКЭС не требуется создание уникальных космических транспортных систем, а монтаж и разворачивание космического сегмента АКЭС может осуществляться автоматически без участия космонавтов, путем заполнения замкнутых полостей зеркального концентратора солнечного излучения и зеркальной отражающей поверхности замкнутой сфероидальной полости нейтральным газом.A significant advantage of the proposed technical solution is that the transportation of elements of the space segment of the ACES does not require the creation of unique space transport systems, and the installation and deployment of the space segment of the ACES can be carried out automatically without the participation of astronauts, by filling the closed cavities of the mirror concentrator of solar radiation and the mirror reflecting surface closed spheroidal cavity with neutral gas.

Существенным достоинством предлагаемого технического решения также является то, что наращивание энергетического потенциала АКЭС может осуществляться путем количественного увеличения модулей космического сегмента АКЭС.A significant advantage of the proposed technical solution is also that the increase in the energy potential of the AKES can be carried out by quantitatively increasing the modules of the space segment of the AKES.

Сущность настоящего изобретения поясняется фиг. 1-4, на которых показаны:The essence of the present invention is illustrated in FIG. 1-4, which show:

- на фиг. 1 - аэростатно-космическая энергетическая система (АКЭС), где- in Fig. 1 - balloon-space energy system (AKES), where

1 - космическая солнечная электростанция1 - space solar power plant

2 - фотопреобразующие модули2 - photoconversion modules

3 - фокусирующая луч зеркальная система3 - beam focusing mirror system

4 - система дистанционной передачи энергии4 - remote power transmission system

5 - приборно-агрегатный отсек с системами управления5 - instrument and assembly compartment with control systems

6 - промежуточный пункт приема энергии БЛА6 - intermediate point for receiving energy from the UAV

7 - служебным модулем управления БЛА7 - UAV control service module

8 - солнечные фотопреобразователи БЛА8 - solar photoconverters UAV

9 - лазер-маяк, БЛА9 - laser beacon, UAV

10 - наземный пункт приема энергии10 - ground point for receiving energy

11 - функционально законченные и соединенные между собой автономные модули АКЭС,11 - functionally complete and interconnected autonomous AKES modules,

12 - пленочный сферический концентратор солнечного излучения АКЭС,12 - film spherical concentrator of solar radiation AKES,

- на фиг. 2 - функционально законченный автономный модуль космической энергетической системы (космический сегмент), где- in Fig. 2 - functionally complete autonomous module of the space energy system (space segment), where

2 - фотопреобразующие модули2 - photoconversion modules

11 - функционально законченный автономный модуль АКЭС,11 - functionally complete stand-alone AKES module,

14 - система адаптивной коррекции термооптических искажений фокусирующей луч зеркальной системы14 - system for adaptive correction of thermo-optical distortions of a focusing mirror system

18 - замкнутая сфероидальная полость фокусирующей луч зеркальной системы18 - closed spheroidal cavity of the focusing beam of the mirror system

24 - зеркальная отражающей поверхность 24 замкнутой сфероидальной полости 1824 - mirror reflective surface 24 of a closed spheroidal cavity 18

- на фиг. 3 - аэростатный пункт приема энергии (стратосферный сегмент), где- in Fig. 3 - aerostatic energy receiving station (stratospheric segment), where

7 - служебный модуль управления БЛА7 - service module for UAV control

9 - лазер-маяк БЛА9 - UAV laser beacon

15 - автономный беспилотный летательный аппаратов (БЛА)15 - autonomous unmanned aerial vehicle (UAV)

16 - система двигателей перемещения и стабилизации БЛА в воздушном пространстве Земли,16 - system of engines for movement and stabilization of UAVs in the airspace of the Earth,

17 - антенное СВЧ устройство с системой наведения БПЛ17 - microwave antenna device with a UAV guidance system

25 - сферический концентратор лазерного излучения БПЛ25 - spherical concentrator of laser radiation BL

26 - внешняя поверхность полусферы сферического концентратора26 - outer surface of a hemisphere of a spherical concentrator

27 - сегментированные фотопреобразователи лазерного излучения в СВЧ сигнал27 - segmented photoconverters of laser radiation into microwave signal

- на фиг. 4 - наземный пункт приема энергии (наземный сегмент), где- in Fig. 4 - ground point for receiving energy (ground segment), where

19 - антенное поле наземного пункта приема энергии 1019 - antenna field of the ground point for receiving energy 10

20 - циклотронные преобразователи СВЧ излучения в электрический ток (ректенны),20 - cyclotron converters of microwave radiation into electric current (rectenna),

21 - накопители электрической энергии21 - electric energy storage devices

22 - систему сопряжения с электрическими сетями потребителя,22 - a system for interfacing with the consumer's electrical networks,

23 - СВЧ маяк23 - microwave beacon

Суть предлагаемого технического решения заключается в создании гибкой пространственно-распределенной системы энергообеспечения наземных потребителей энергией солнечной энергией круглосуточного и всепогодного на значительной территории Земной поверхности.The essence of the proposed technical solution is to create a flexible spatially distributed power supply system for ground consumers with solar energy around the clock and all-weather on a large territory of the Earth's surface.

Аэростатно-космическая энергетическая система, включающая в себя, по меньшей мере, одну космическую солнечную электростанцию 1, состоящую из независимых между собой фотопреобразующих модулей 2, фокусирующей луч зеркальной системы 3, системы дистанционной передачи энергии 4, приборно-агрегатного отсека с системами управления 5. Космическая солнечная электростанция 1, построена по модульному принципу и состоит из N>1 функционально законченных и соединенных между собой автономных модулей 11, а в состав каждого модуля дополнительно включены пленочный сферический концентратор солнечного излучения 12 с устройством преобразования солнечной энергии в электрическую 13 и система адаптивной коррекции термооптических искажений зеркальной системы 14, пленочный сферический концентратор солнечного излучения 12, каждого космического модуля 11, выполнен в виде замкнутой полости, наполненной инертным газом, верхняя часть которой прозрачна для солнечного излучения, а нижняя представляет собой зеркальную отражающую поверхность, концентрирующую солнечное излучение на поверхности фотоэлектрических преобразователей 2. Фокусирующая луч зеркальная система 3, выполнена в виде замкнутой сфероидальной полости 18, наполненной нейтральным газом, внешняя полусфера которой прозрачна для лазерного излучения, а внутренняя 24 представляет собой зеркальную отражающую поверхность, при этом системы адаптивной коррекции термооптических искажений зеркальной системы 14 выполнена в виде гибкой управляемой поверхности (не показано), размещенной в зоне, оптически сопряженной с зеркальной отражающей поверхностью 24 замкнутой сфероидальной полости 18, и снабжена механизмами изменения формы гибкой управляемой поверхности (не показано) по сигналу лазера-маяка БЛА 9.Aerostatic-space energy system, which includes at least one space solar power plant 1, consisting of photoconverting modules 2 independent of each other, a beam focusing mirror system 3, a remote power transmission system 4, an instrument-assembly compartment with control systems 5. Space solar power plant 1 is built on a modular basis and consists of N> 1 functionally complete and interconnected autonomous modules 11, and each module additionally includes a film spherical concentrator of solar radiation 12 with a device for converting solar energy into electrical energy 13 and an adaptive correction system thermo-optical distortions of the mirror system 14, the film spherical concentrator of solar radiation 12, of each space module 11, is made in the form of a closed cavity filled with an inert gas, the upper part of which is transparent to solar radiation, and the lower part is a mirror reflective surface concentrating solar radiation on the surface of photoelectric converters 2. The beam focusing mirror system 3 is made in the form of a closed spheroidal cavity 18 filled with a neutral gas, the outer hemisphere of which is transparent for laser radiation, and the inner 24 is a mirror reflecting surface, while the systems adaptive correction of thermo-optical distortions of the mirror system 14 is made in the form of a flexible controllable surface (not shown), located in the zone optically coupled with the mirror reflecting surface 24 of the closed spheroidal cavity 18, and is equipped with mechanisms for changing the shape of the flexible controllable surface (not shown) by the laser signal - UAV lighthouse 9.

Промежуточный пункт приема энергии 6 со служебным модулем управления 7 и размещенными на его поверхности солнечными фотопреобразователями 8, лазером-маяком 9, выполнен в виде K>1 автономных беспилотных летательных аппаратов (БЛА) 15 с системой двигателей 16 для перемещения и стабилизации в воздушном пространстве Земли выше тропосферы (в стратосфере). В состав каждого БЛА дополнительно введены сферический ячеистый концентратор лазерного излучения 25, сегментированный фотопреобразователи лазерного излучения в СВЧ сигнал 27 и антенное СВЧ устройство с системой наведения 17. Сферический ячеистый концентратор лазерного излучения БЛА 25 выполнен в виде замкнутой полости, заполненной инертным газом, легче воздуха, внешняя поверхность полусферы которой 26 прозрачна для лазерного излучения и выполнена в виде взаимно сопряженных оптических элементов, обеспечивающих концентрацию лазерного излучения на фотоэлектрических преобразователях 27, причем сами фотоэлектрические фотопреобразователи 27 размещены на сфероидальной поверхности, обращенной своей поверхностью в сторону концентратора лазерного излучения 25.An intermediate point for receiving energy 6 with a service control module 7 and solar photoconverters 8 located on its surface, a laser beacon 9, is made in the form of K> 1 autonomous unmanned aerial vehicles (UAVs) 15 with a system of engines 16 for movement and stabilization in the airspace of the Earth above the troposphere (in the stratosphere). Each UAV additionally includes a spherical cellular concentrator of laser radiation 25, a segmented photoconverters of laser radiation into a microwave signal 27 and an antenna microwave device with a guidance system 17. The spherical cellular laser radiation concentrator UAV 25 is made in the form of a closed cavity filled with an inert gas, lighter than air, the outer surface of the hemisphere of which 26 is transparent for laser radiation and is made in the form of mutually conjugated optical elements that ensure the concentration of laser radiation on the photoelectric converters 27, and the photoelectric photoelectric converters 27 themselves are placed on a spheroidal surface facing its surface towards the laser radiation concentrator 25.

Наземный пункт приема энергии 10 выполнен в виде Р>1 независимых пространственно-распределенных по поверхности Земли антенных полей 19 преобразователей СВЧ излучения в электрический ток, включающих, циклотронные преобразователи СВЧ излучения в электрический ток (ректенны) 20, накопители электрической энергии 21 и систему сопряжения с электрическими сетями потребителя 22, причем центр каждого антенного поля снабжен СВЧ маяком 23, направленным в сторону БЛА 15. Антенное СВЧ устройство 17 БЛА направляет СВЧ излучение в сторону СВЧ-маяка 23 наземного пункта приема энергии 10. Там СЧВ излучение на ректеннах 20 преобразуется в электрический ток, который накапливается в накопителях электрической энергии 21, а затем через систему сопряжения 22 предается потребителям.The ground station for receiving energy 10 is made in the form of P> 1 independent spatially distributed antenna fields 19 of microwave radiation into electric current converters, including cyclotron converters of microwave radiation into electric current (rectenna) 20, electric energy storage devices 21 and a system for interfacing with electric networks of the consumer 22, and the center of each antenna field is equipped with a microwave beacon 23 directed towards the UAV 15. The antenna microwave device 17 of the UAV directs the microwave radiation towards the microwave beacon 23 of the ground station for receiving energy 10. There, the microwave radiation on the rectenna 20 is converted into electric current, which is accumulated in the storage of electrical energy 21, and then through the interface 22 is transferred to consumers.

Система информации, навигации, управления АКЭС (не показано) предназначена для управления АКЭС, его сегментами, отдельными элементами, средствами обеспечения безопасности, сбора данных о состоянии атмосферы по направлениям передачи энергии и в местах расположения наземных ректенн, выполнения точных навигационных определений в целях согласования функционирования космического, стратосферного и наземного сегментов АКЭС, поддержания заданных параметров излучений и токов в соответствии с перечнем и установленными режимами работы потребителей энергии.The information, navigation, control system of the AKES (not shown) is designed to control the AKES, its segments, individual elements, security means, collect data on the state of the atmosphere in the directions of energy transmission and at the locations of ground-based rectennas, perform precise navigation determinations in order to coordinate the functioning space, stratospheric and ground segments of AKES, maintaining the specified parameters of radiation and currents in accordance with the list and established operating modes of energy consumers.

ОБЩАЯ СХЕМА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АКЭС.GENERAL SCHEME OF FUNCTIONING OF AKES.

Солнечный свет, концентрируемый на солнечных батареях космического сегмента АКЭС, преобразуется в постоянный электрический ток, которым питаются источники накачки лазерного излучения. Формируемое лазерное излучение передается на СтС сквозь космическое пространство и верхние слои атмосферы (стратосферу) практически без потерь. Энергия лазерного излучения концентрируется на сегментированном фотопреобразователе лазерного излучения в СВЧ сигнал и антенное СВЧ устройство, работающие на частотах, 2.45, 4.8 ГГц. С учетом навигационных данных и данных о состоянии атмосферы строго ориентируются на маяк наземной ректенны с учетом данных об электропроводимости атмосферы. Зоны возможного приема выбираются по максимальному углу луча и вертикали, исключающем дифракцию на земной поверхности и бесконтрольное облучение объектов промышленности, инфраструктуры, жилых районов. Атмосфера при этом практически всепогодно радиопрозрачна для микроволновых систем, даже в приземном слое, несмотря на высокую и плотную облачность, в том числе в высоких широтах нашей страны.Sunlight, concentrated on solar batteries of the ACES space segment, is converted into direct electric current, which powers the laser pumping sources. The generated laser radiation is transmitted to the STS through outer space and the upper atmosphere (stratosphere) practically without loss. The energy of the laser radiation is concentrated on a segmented photoconverter of laser radiation into a microwave signal and a microwave antenna device operating at frequencies of 2.45, 4.8 GHz. Taking into account the navigation data and data on the state of the atmosphere, they are strictly guided by the beacon of the ground rectenna, taking into account the data on the electrical conductivity of the atmosphere. Possible reception areas are selected according to the maximum angle of the beam and vertical, excluding diffraction on the earth's surface and uncontrolled irradiation of industrial facilities, infrastructure, and residential areas. At the same time, the atmosphere is practically all-weather radio transparent for microwave systems, even in the surface layer, despite the high and dense clouds, including in the high latitudes of our country.

Когда солнечная космическая электростанция 1 находится на освещенной части орбиты, электрический ток, вырабатываемый фотопреобразователями 13, которые заряжают суперконденсаторы и, параллельно, идет на питание линейки лазеров. Далее излучение приходит в зеркальную систему 3, расположенную на головной части каждого модуля солнечной космической электростанции 11, где формируется суммарная диаграмма направленности лазерного пучка. Зеркальная система комического модуля наводит диаграмму направленности на сферический концентратора лазерного излучения БЛА 25 по лазерному маяку 9, который размещается в его центре. Сигнал от лазерного маяка является также опорным источником для контроля термооптических искажений зеркальной системы 3 системы наведения космического сегмента 4. Адаптивная система коррекции 14 обеспечивает коррекцию искажений и лазерный пучек попадает на концентратор лазерного излучения 25 практически без искажений, тем самым обеспечивается его точная стабилизация и повышение плотности излучения на ФЭП 27, а, следовательно, повышение КПД преобразования лазерного излучения в электрический сигнал.When the solar space power station 1 is in the illuminated part of the orbit, the electric current generated by the photoconverters 13, which charge the supercapacitors and, in parallel, is fed to the array of lasers. Further, the radiation enters the mirror system 3, located on the head of each module of the solar space power plant 11, where the total directional diagram of the laser beam is formed. The mirror system of the comic module directs the directional diagram to the spherical concentrator of the UAV 25 laser radiation by the laser beacon 9, which is located in its center. The signal from the laser beacon is also a reference source for monitoring the thermo-optical distortions of the mirror system 3 of the guidance system of the space segment 4. The adaptive correction system 14 provides distortion correction and the laser beam hits the laser radiation concentrator 25 practically without distortion, thereby ensuring its precise stabilization and increasing the density radiation on the FEP 27, and, consequently, an increase in the efficiency of conversion of laser radiation into an electrical signal.

Электрический сигнал преобразуется в СВЧ излучение, которое через СВЧ антенное устройство 17 направляется на наземный пункт приема 19 с помощью наземного СВЧ маяка 23, размещенного в центре поля приемных антенн (ректенн), преобразуется в электрический ток и направляется в накопительную систему 21 и потребителям 22. Когда солнечная космическая электростанция 1 находится на неосвещенной части орбиты, электрический ток необходимый для питания лазеров, вырабатывается из суперконденсаторов (не показан). Тем самым обеспечивается круглосуточная работа гибридной солнечной космической электростанции.The electrical signal is converted into microwave radiation, which is directed through the microwave antenna device 17 to the ground receiving point 19 using the ground microwave beacon 23 located in the center of the receiving antenna field (rectennas), converted into electric current and sent to the storage system 21 and consumers 22. When the solar space power plant 1 is in an unlit part of the orbit, the electric current required to power the lasers is generated from supercapacitors (not shown). This ensures the round-the-clock operation of the hybrid solar space power plant.

Комбинированный вариант лазерной доставки энергии на заатмосферную платформу, преобразование ее в ток, питающий микроволновые генераторы, и излучение микроволн на Землю наиболее оптимален. Размер микроволновой ректенны можно уменьшить до нескольких десятков метров, а ректенные преобразователи сформировать на основе высокоэффективных надежных (с КПД долее 80%) электронных циклотронных преобразователей микроволн в постоянный ток, нечувствительных к перегрузкам, что особенно важно для мощных систем беспроводной передачи энергии.The combined version of laser delivery of energy to the transatmospheric platform, its transformation into a current that feeds microwave generators, and the emission of microwaves to the Earth is the most optimal. The size of a microwave rectenna can be reduced to several tens of meters, and rectenna converters can be formed on the basis of highly efficient, reliable (with an efficiency of more than 80%) electronic cyclotron converters of microwaves into direct current, insensitive to overloads, which is especially important for powerful systems of wireless energy transmission.

Вышеперечисленные отличительные признаки предлагаемой аэростатно-космической энергетической системы позволяют использовать ее в качестве перспективного энергетического комплекса XXI-века для энергообеспечения наземных, воздушных и космических объектов в труднодоступных регионах Земного шара, в ближней и дальней зонах космического пространства. Таким образом, представленный перечень отличительных признаков является существенным для решения поставленных целей и задач и достижения технического результата.The aforementioned distinctive features of the proposed balloon-space energy system make it possible to use it as a promising energy complex of the XXI century for power supply of ground, air and space objects in hard-to-reach regions of the Earth, in the near and far zones of outer space. Thus, the presented list of distinctive features is essential for solving the set goals and objectives and achieving a technical result.

Claims

1. Aerostatic-space energy system, which includes a space solar power plant, consisting of independent photoconverting modules, a beam focusing mirror system, a remote power transmission system, an instrument-assembly compartment with control systems, an intermediate point for receiving energy, installed above the cloud zone and representing an aircraft with a service module, along the perimeter of the lateral surface of which electric motors are uniformly mounted, connected to the service module, and on the surface facing from the surface of the Earth, there are solar photoconverters and a laser directed to the space solar power plant and a ground station for receiving energy, characterized in that the space power plant is made in the form of N≥1 functionally complete and interconnected autonomous modules, and each autonomous module includes a film spherical concentrator of solar radiation and an adaptive system th correction of thermo-optical distortions of the remote power transmission system, while the intermediate point for receiving energy is made in the form of K≥1 autonomous unmanned aerial vehicles (UAVs) with a system of movement and stabilization engines in the Earth's airspace, and a spherical concentrator of laser radiation is introduced into each UAV, a segmented photoconverter of laser radiation into a microwave signal and an antenna microwave device with a guidance system, and the spherical concentrator of laser radiation is directed towards the space solar power plant, and the antenna microwave device of the UAV is directed towards the ground-based energy receiving point, while the ground-based energy receiving point itself is made in the form P≥1 independent antenna fields spatially distributed over the Earth's surface, including rectennas, electric energy storage devices and a system for interfacing with consumer's electrical networks, and the center of each antenna field is equipped with a microwave beacon directed towards the UAV ...

2. The balloon-space energy system according to claim 1, characterized in that the film spherical concentrator of solar radiation of each autonomous module of the space solar power plant is made in the form of a closed cavity filled with inert gas, the upper part of which is transparent to solar radiation, and the lower part is a mirror a reflective surface that concentrates solar radiation on the surface of photovoltaic converters.

3. The balloon-space energy system according to claim 1, characterized in that the beam-focusing mirror system of the remote energy transmission system of each module is made in the form of a closed spheroidal cavity filled with an inert gas, the outer hemisphere of which is transparent for laser radiation, and the inner one is a mirror reflecting surface, while the system for adaptive correction of thermo-optical distortions of the remote power transmission system is located in the zone optically coupled with the mirror reflecting surface of the closed spheroidal cavity, and is equipped with mechanisms for changing the shape of the controlled surface.

4. The balloon-space energy system according to claim 1, characterized in that the spherical concentrator of the UAV laser radiation is made in the form of a closed cavity filled with an inert gas lighter than air, the outer surface of the hemisphere of which is transparent for laser radiation, and the inner surface is made in the form of conjugated optical elements ensuring the concentration of laser radiation on the surface of the segmented photoconverter of laser radiation into a microwave signal, and the segmented photoconverter of laser radiation itself is placed on a spheroidal surface facing its surface towards the laser radiation concentrator.