[發明專利]航天器激光電池

在審

• 申請號: 201610238872.0
• 申請日: 2016-04-15
• 公開（公告）號: CN107305912A
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 凍偉東
• 申請（專利權）人: 北京空間技術研制試驗中心
• 主分類號: H01L31/042
• 分類號: H01L31/042;H02S40/22;H02S40/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于航天器能源領域，涉及一種應用于航天器在軌無線能量傳輸體系的航天器激光電池。

背景技術

分布式可重構衛星是一種新型的“模塊化”航天器體系結構，各模塊航天器可以獨立制造及發射，通過空間無線能量傳輸和數據交互構成一個整體，具有更好的冗余性、可重構能力；多重任務載荷在同一個航天器系統中的實現成為可能；新技術試驗和新載荷可方便地增加到分布式可重構衛星系統中，基本不影響原有系統的運行，為解決天基平臺的應用靈活性和抗風險能力提供了一條良好途徑，成為未來國際上空間系統發展的一個重要方向。

無線能量傳輸是分布式衛星系統的兩個基礎技術之一，無線能量傳輸主要有微波和激光無線能量傳輸，激光方向性好、能量集中、傳輸距離遠、傳輸效率高、接收裝置小，更加適合分布式可重構衛星系統。激光電池則是實現激光無線能量傳輸的基礎技術。

發明內容

本發明的目的是提供一種航天器激光電池，該電池的能量傳輸密度高，功率密度高，適用于分布式衛星系統。

本發明所采取的技術方案如下：

一種航天器激光電池，包括凹透鏡、凸透鏡、光伏電池片、散熱器和散熱外殼；所述凹透鏡、所述凸透鏡、所述光伏電池片和所述散熱器安裝在所述散熱外殼內，所述凹透鏡位于所述凸透鏡的上方且兩者平行放置，所述凸透鏡與所述凹透鏡的焦距相等，所述凸透鏡的中心位于所述凹透鏡的焦點，所述凹透鏡的中心位于所述凸透鏡的焦點，所述凸透鏡的口徑大于所述凹透鏡的口徑；所述光伏電池片位于所述凸透鏡的下方，所述散熱器位于所述光伏電池片的下方，且所述光伏電池片的背面固定在所述散熱器上，所述散熱外殼由圓錐形和圓柱形兩段金屬筒組成。

作為本發明上述航天器激光電池的改進，所述凸透鏡安裝在所述散熱外殼的所述圓錐形金屬筒與所述圓柱形金屬筒的連接處，所述凹透鏡安裝在所述圓錐形金屬筒中，所述光伏電池片和所述散熱器安裝在所述圓柱形金屬筒中。

作為本發明上述航天器激光電池的改進，所述光伏電池片的背面通過一層導熱脂粘在所 述散熱器上。

作為本發明上述航天器激光電池的改進，所述凹透鏡和所述凸透鏡均采用玻璃透鏡。

作為本發明上述航天器激光電池的改進，所述光伏電池片采用三結砷化鎵。

作為本發明上述航天器激光電池的改進，所述散熱器采用熱管。

本發明的有益效果是：

a.能量傳輸密度高：輸入功率為不大于1千瓦，輸出功率不小于200瓦，一個單體就能滿足普通微小衛星整星的功率需求；

b.功率密度高：整體功率密度為4KW/m²，是普通太陽帆板功率密度的20倍。

附圖說明

圖1是激光電池組成圖；

圖2是激光電池三視圖；

圖3是激光電池發電原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。

航天器激光電池采用封閉結構，在軌運行中接收發電星的功率激光束，對激光束進行散光處理后，將光束照射到光伏電池片上，同時將發電過程中產生的熱散發到太空中。

如圖1所示，本發明的航天器激光電池包括5部分：凹透鏡1、凸透鏡2、光伏電池片3、散熱器4和散熱外殼5。凹透鏡1、凸透鏡2、光伏電池片3和散熱器4安裝在散熱外殼5內。凹透鏡1位于凸透鏡2的上方，兩者平行放置，凸透鏡2與凹透鏡1的焦距相等，凸透鏡2的中心位于凹透鏡1的焦點，凹透鏡1的中心位于凸透鏡2的焦點，凸透鏡2的口徑大于凹透鏡1的口徑。光伏電池片3位于凸透鏡的下方，散熱器4位于光伏電池片3的下方，且光伏電池片3的背面固定在散熱器4上，光伏電池片3的背面可以通過一層導熱脂粘在散熱器4上。散熱外殼5由圓錐形和圓柱形兩段金屬筒組成。

其中，凹透鏡1和凸透鏡2均采用玻璃透鏡，可以是高透光性的玻璃透鏡，凹透鏡接收高能量密度的入射功率激光，將其發散為較低能量密度的光束后照射到光伏電池片上。光伏電池片采用三結砷化鎵，散熱器采用熱管。

凸透鏡2安裝在散熱外殼5的圓錐形金屬筒與圓柱形金屬筒的連接處，凹透鏡1安裝在圓錐形金屬筒中，光伏電池片3和散熱器4安裝在圓柱形金屬筒中。散熱外殼5的內表面處理為高吸收率低發射率，外表面處理為低吸收率和高發射率。