空间太阳能电站的激光无线能量传输技术研究

以空间太阳能电站为研究背景,通过对大功率激光发射、高效激光能量接收、高功率激光光束控制等关键技术的研究,提出了一种可用于空间太阳能电站的激光无线能量传输系统,可为未来空间太阳能电站的建设和应用提供技术支撑和方法储备,同时也可为我国空间科学研究及新能源应用提出了一种安全、高效、先进的技术手段。     

空间太阳能电站及其对微波无线能量传输技术的需求

1968年由Peter Glaser博士提出的空间太阳能电站(SPS)概念作为未来最有前景的能源方式之一,正在获得更多的关注。世界上已经提出许多的发展计划,并且已经研究了几十个典型的空间太阳能电站概念。无线能量传输是空间太阳能电站概念的基础,是决定空间太阳能电站效率、尺寸、重量的重要影响因素之一。同时,空间太阳能电站也是无线能量传输技术的最重要的应用方向。文章在空间太阳能电站的发展背景和典型概念方案介绍的基础上,分析了空间太阳能电站对于微波无线能量传输技术的需求,提出未来的发展建议。     

多旋转关节空间太阳能电站概念方案设计

对于国际上典型的空间太阳能电站概念方案进行了分析,在此基础上提出了一种新的概念方案--多旋转关节空间太阳能电站,并给出总体构型和主要分系统初步方案设计结果。该方案采用多个相互独立的太阳电池子阵代替了传统的整体式太阳电池阵,以多个中等功率的导电旋转关节替代传统的极高功率的旋转关节,不仅解决了传统空间太阳能电站方案中的极大功率导电旋转关节技术难题,还可以避免导电关节的单点失效问题,模块化的设计也使得系统的组装和构建更加可行。     

模块化多旋转关节空间太阳能电站方案设计

文章基于多旋转关节空间太阳能电站(MR-SPS)方案,以降低远距离高压电力传输技术难度为核心,提出一种更新的模块化多旋转关节空间太阳能电站概念。该方案在分布式太阳电池分阵和多导电旋转关节基础上,对于微波发射天线阵也进行了模块化设计和分布式布局,实现了太阳电池分阵和微波发射天线分阵的一一对应,形成多个独立的太阳能发电与能量传输模块,通过模块的扩展实现整个空间太阳能电站。该方案大幅简化了空间电力传输与管理的复杂性和在轨组装的难度。同时各个模块完全独立,组装后即可单独工作,也提高了系统的可靠性。     

面向空间太阳能电站应用的超大规模天线阵列模块尺寸与姿态偏差效应分析

空间太阳能电站微波能量传输需要具备超大规模的相控阵列波束形成和超高精度的波束指向控制能力。采用大尺寸的基本相控电单元能够缩减天线阵列规模和微波发射通道数目,从而显著降低微波能量发射系统的构造和组装成本。然而,相控单元的尺寸越大,对天线模块的结构刚性和姿态控制精度要求越高。基于天线阵列的结构化构型设计,提出超大规模回复反射阵列的结构模块和相控电单元的尺寸分析模型,推导得到结构模块姿态偏差、电单元尺寸要求和能量传输效率的近似关系及其解析表达式,可供作为空间太阳能电站微波传能天线阵列及其波束控制方案设计的参考依据。     

空间太阳能电站的关键技术及发展建议

1968年美国的P. Glaser博士最早提出空间太阳能电站（SSPS）概念构想。作为一个巨大的空间系统,空间太阳能电站的技术难度非常大,其真正实现预计还需要几十年的时间。文章通过对国外典型空间太阳能电站概念及其关键技术进行比较分析,在此基础上初步提出空间太阳能电站关键技术体系和发展建议。     

国际空间太阳能电站的技术进展

综述了当前国际空间太阳能电站技术的研究进展与发展趋势。重点介绍了空间太阳能电站系统方案新构思“太阳塔”和“太阳盘”的特点；介绍了空间太阳能电站的主要相关技术———无线电能传输技术、太阳能转换技术和空间运输技术等的发展趋势；最后简要介绍了月球电站的进展情况。     

空间太阳能电站构想及其相关技术的发展

文章介绍了太阳功率卫星（SPS）的发展背景、基本原理和系统构成,分析了实现SPS的主要技术条件。通过分析目前国际上建设SPS所开展的实验及其相关技术的发展,以期对中国未来发展空间太阳能电站技术提供借鉴。     

空间太阳能电站技术的可行性研究

简要介绍世界空间太阳能电站的太阳发电卫星／太阳能发电（ＳＰＳ／ＬＳＰ）系统两种设想及相关技术的可行性研究与发展情况。总体说，实现空间电站所需无线电能传输技术（ＷＰＴ）、太阳电池技术及空间技术已基本成熟，可望于下世纪初建立初步的空间太阳能发电系统。     

空间太阳电站的发展前景评估

首先回顾了NASA的空间太阳电站1979 SPS基准系统方案及其产生与搁置的背景，强调了1995－1997年新一轮论证中所提方案的高度模块化特点，这一特点使空间太阳电站的技术可行性大为增加，其次介绍了空间电站研究的工作分解结构和所需的关键技术，最后从全球对电能的需求，有关国家的态度，关键技术的进展等几个方面，给出了对空间电站发展前景的不同评价。     

天线波束指向控制对TOPSAR成像质量的影响

星载TOPSAR模式天线波束指向控制对其成像质量有重要影响。基于成对回波原理,分析了星载TOPSAR模式波束指向控制对方位向信号的调制规律,建立了星载TOPSAR模式方位向波束指向步进控制的数学模型,并利用傅里叶级数展开给出了波束步进控制下的天线方向图表达式,最终推导出了方位向成对回波的幅度和位置的表达公式,定量描述了波束指向步进控制与成对回波幅度和位置之间的联系,为星载TOPSAR模式波束指向步进控制指标的合理设计奠定了基础。最后,计算机仿真表明了理论分析结果的正确性。     

能源平衡模型中工作模式判别方法

卫星能源平衡模型用于计算卫星预期的能源消耗,以判断卫星能源能否保证任务的顺利完成,指导电源系统设计或对规划任务进行能源约束。能源平衡计算需要先判别卫星工作模式,工作模式判别的准确性直接影响能源消耗计算的准确性。目前对于多任务且姿态需要相应机动的卫星缺少有效的模式判别方法,为此,提出了通过建立索引表及查询数据库的方式进行工作模式判别的方法。建立不同时间序列工作状态与卫星工作模式索引表,将轨道时间序列及规划任务时间序列注入数据库,查询数据库中不同时间序列工作状态,对照索引表可得卫星工作模式。为提高运行效率,利用加速算法能减少查询次数,缩短查询时间。通过仿真实验对加速参数选取进行了讨论。该方法适合于工作模式复杂且可用时间序列对工作模式进行约束的卫星。     

电子束横波器件原理及应用

几十年前,前苏联成功研制了一系列电子束横波器件,其主要优点是线性、高效率和自保护。这些器件已在微波输电、雷达和通信中获得应用。文章对它们的结构、工作原理和技术参数等进行简要介绍。     

激光无线能量传输在轨应用方法

根据分离模块航天器系统特点和任务需求,结合无线能量传输的技术能力和水平,开展激光无线能量传输在分离模块航天器系统中应用方法研究,设计了一种基于激光相控阵技术的多光束激光能量发射天线以及由其组成的激光无线能量系统方案,包括航天器编队、能量转换、激光发射等方式,对未来的激光能量传输的在轨应用具有参考价值。     

无线输电技术与卫星太阳能电站的发展前景

文章简要叙述了无线输电和卫星太阳能电站的概念,特别强调了无线输电技术和建造卫星太阳能电站的科学技术意义和深远的战略意义;扼要介绍分析了国外在该领域的研究进展;概括叙述了建造卫星太阳能电站的技术经济性及科技界共同关心的几个问题;充分肯定了它的科学技术研究价值、应用前景和未来所带来的巨大的社会经济效益。     

Sandwich module prototype progress for space solar power

Space solar power (SSP) has been broadly defined as the collection of solar energy in space and its wireless transmission for use on earth. This approach potentially gives the benefit of provision of baseload power while avoiding the losses due to the day/night cycle and tropospheric effects that are associated with terrestrial solar power. Proponents have contended that the implementation of such systems could offer energy security, environmental, and technological advantages to those who would undertake their development. Among recent implementations commonly proposed for SSP, the modular symmetrical concentrator (MSC) and other modular concepts have received considerable attention. Each employs an array of modules for performing conversion of concentrated sunlight into microwaves or laser beams for transmission to earth. While prototypes of such modules have been designed and developed previously by several groups, none have been subjected to the challenging conditions inherent to the space environment and the possible solar concentration levels in which an array of modules might be required to operate. The research described herein details our team's efforts in the development of photovoltaic arrays, power electronics, microwave conversion electronics, and antennas for microwave-based “sandwich” module prototypes. The implementation status and testing results of the prototypes are reviewed.     

Galileo导航卫星电源技术概述

继美国的GPS卫星导航系统和俄罗斯的GLONASS卫星导航系统之后,欧洲各国正在合作研制Galileo全球卫星导航系统。文章结合Galileo系统已经发射的两颗试验卫星,介绍了Galileo导航卫星的电源系统技术特点,并对其设计思路进行了分析,可为我国卫星电源系统设计所借鉴。