[發明專利]能量分布收集轉換與波束集中控制發射的空間太陽能電站

有效

• 申請號: 201910125638.0
• 申請日: 2019-02-20
• 公開（公告）號: CN109831145B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 楊海龍;唐培華;錢勇;祝竺;孔祥龍;李文峰
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: H02S10/00
• 分類號: H02S10/00;H02S40/22;H02J50/30;H02J50/40
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發明涉及一種空間技術領域內的能量分布收集轉換與波束集中控制發射的空間太陽能電站，所述太陽能電站包括多個獨立相同的能量收集轉換裝置和一個波束集中控制發射裝置；所述的能量收集轉換裝置和波束集中控制發射裝置均置于航天器平臺上，所述能量收集轉換裝置均勻分布在以波束集中控制發射裝置為圓心的圓上，相對位置固定，形成共位衛星群。本發明將整體尺寸大的太陽能電站轉化為多組相同裝置，分布式收集轉換空間太陽能，相互獨立，互不影響，單一裝置尺寸小，質量輕，無需在軌組裝和拼接，有效降低對運載要求，大幅降低工程實現難度。

技術領域

本發明屬于空間技術領域，具體涉及一種分布收集太陽能轉換為激光并集中對激光波束進行集中控制發射的空間太陽能電站。

背景技術

地球能源日益枯竭已成為人類社會面臨的重大威脅，同時以化石資源為主的能源消耗也在嚴重破壞人類賴以生存的環境。開發可再生無污染的新能源已迫在眉睫，其中太陽能被公認為清潔能源之一。地面太陽能應用技術比較成熟，但由于大氣層的存在，太陽光照射到地面的功率密度不到太空中的1/7。同時受地理、氣候及天氣的影響，地面太陽能功率密度波動較大，通常地面需要大規模的蓄電裝置才能穩定供電。空間太陽能電站不受大氣衰減、天氣、季節和晝夜等因素的影響，可接收高輻射強度的太陽光，以無限能源傳輸方式持續穩定給地面供電，是解決能源危機和保護環境的有效途徑之一。

目前美日及歐洲等國家已開展了大量的技術研究，并提出了一系列的空間太陽能電站設想。為滿足GW級供電功率的需求，空間太陽能電站的裝置尺寸至少達到km級。例如美國提出的太陽盤方案中的薄膜太陽能電池陣的直徑約3-6km，日本提出的系繩式設想的主體結構尺寸達到2km×1.9km，歐洲太陽帆方案的主體也高達15km。由于目前運載火箭無法滿足如此大尺寸裝置的發射需求，空間太陽能電站的裝置尺寸巨大是阻礙其工程應用的主要難點。

經對現有技術的檢索，中國發明專利CN201710007528.5，發明名稱為一種空間太陽能電站，包括聚光器(101)、太陽能電池陣(102)、微波發射天線(103)、牽引索(106)以及傳輸電纜(104)，其特征在于，所述聚光器(101)由上、中、下三部分環狀球面相接構成，其中中間球面的曲率半徑大于上、下兩邊球面的曲率半徑；太陽能電池陣(102)在聚光器(101)的上、中、下每部分的赤道位置上通過滑動副與其相連，并圍繞著微波發射天線(103)旋轉；所述微波發射天線(103)通過6根牽引索(106)與聚光器(101)的上、下邊緣的外框(701)相連；太陽能電池陣(102)與微波發射天線(103)通過導電結構(105)以及傳輸電纜(104)電連接。但無法通過對激光的在軌波束整形和指向精細操控，進而有效降低地面接收裝置規模，解決地面接收轉換效率等問題。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的是提供一種能量分布收集轉換與波束集中控制發射的空間太陽能電站。本發明通過對激光的在軌波束整形和指向精細操控，有效降低地面接收裝置規模，提高地面接收轉換效率。

本發明涉及一種能量分布收集轉換與波束集中控制發射的空間太陽能電站，包括多個獨立相同的能量收集轉換裝置和一個波束集中控制發射裝置；

所述的能量收集轉換裝置和波束集中控制發射裝置均置于航天器平臺上，所述能量收集轉換裝置均勻分布在以波束集中控制發射裝置為圓心的圓上，相對位置固定，形成共位衛星群。

優選的，所述能量收集轉換裝置包括聚光器、波導、激光器、擴束鏡和反射鏡。

優選的，所述聚光器通過反射或透射方式會聚空間的太陽光。

優選的，所述波導對所述聚光器匯聚后的高功率密度太陽光進行勻化和壓縮發散角，作為所述激光器的泵浦光源。

優選的，所述擴束鏡對所述激光器輸出的激光光束進行擴束，壓縮激光發散角。

優選的，所述波束集中控制發射裝置包括多個主桁架、旋轉機構和多組相同的快反鏡陣列。