日本天基太阳能电站发展综述

天基太阳能电站(SBSP)是一种采用微波或激光等方法将从太空获取的太阳能以无线方式传输到地面,再将其转换成电能供人们利用的系统。随着航天技术的不断发展和大型航天系统的开发,以及应用水平的不断提高和领域的逐渐拓展,太空太阳能发电已成为多个国家和空间组织航天专家的研究目标。作为经济大国、能源需求大国和资源贫乏国,日本更深刻地意识到开发太阳能发电项目对解决其能源奇缺困扰的重要性,因此下定决心开发天基太阳能电站,突破制约其发展的瓶颈。     

中国空间太阳能电站已处试验阶段

正全国人大代表、载人飞船系统总设计师张柏楠"两会"期间向记者透露,中国航天科技集团公司五院"钱学森空间技术实验室"团队已开展太阳能电站具体研究工作,目前正处于研究试验阶段。空间太阳能电站是指在太空中将太阳能转化为电能,通过无线能量传输方式传输到地面,或是直接将太阳光反射到地面、在地面进行发电的系统。该系     

天基太阳能电站概述

天基太阳能电站(SBSP)是设想在地球外层空间收集太阳能,将其转化为电能,并通过无线手段传输到地面的一种天基能源供应系统。随着能源紧张日益加剧,全球环境问题越来越引起各国的重视,建造SBSP的呼声也越来越高。美国、日本、欧洲、俄罗斯、加拿大等国家或地区已在SBSP战略规划和技术研究方面开展了大量工作,其中以美国、日本最为突出,而印度也开始关注这一领域的发展动向。     

微波能量传输系统设计及试验

面向空间太阳能电站应用,进行了固态体制微波能量传输技术研究。针对能量传输波束扩散导致收集效率低的问题,研究了基于人工媒质理论设计的完美匹配层的能量接收整流表面,通过调节人工媒质单元的结构参数实现天线输出阻抗与整流电路输入阻抗的共轭匹配,同时抑制整流电路高次谐波,省去原有匹配及低通滤波器,简化电路结构、实现高效微波能量吸收与转换。以空间太阳能电站规定的波束中心传输微波功率密度限制作为能量接收整流表面设计的约束条件,设计能量接收整流表面,结合固态体制微波能量发射端,搭建5.8GHz小规模微波能量传输系统开展了地面试验验证,实测结果显示整流表面能量转换效率最高为57.7%。此次试验验证了先进的固态能量传输试验系统,为空间太阳能地面缩比试验及未来空间太阳能电站的建设提供了技术支撑。     

微波能量传输系统设计及试验

面向空间太阳能电站应用,进行了固态体制微波能量传输技术研究。针对能量传输波束扩散导致收集效率低的问题,研究了基于人工媒质理论设计的完美匹配层的能量接收整流表面,通过调节人工媒质单元的结构参数实现天线输出阻抗与整流电路输入阻抗的共轭匹配,同时抑制整流电路高次谐波,省去原有匹配及低通滤波器,简化电路结构、实现高效微波能量吸收与转换。以空间太阳能电站规定的波束中心传输微波功率密度限制作为能量接收整流表面设计的约束条件,设计能量接收整流表面,结合固态体制微波能量发射端,搭建5.8GHz小规模微波能量传输系统开展了地面试验验证,实测结果显示整流表面能量转换效率最高为57.7%。此次试验验证了先进的固态能量传输试验系统,为空间太阳能地面缩比试验及未来空间太阳能电站的建设提供了技术支撑。     

空间太阳能电站聚光模式研究

空间太阳能电站是指能够在轨道上将太阳能通过工程技术手段有效采集、转化并传输到地面,再转化成为电能供地面使用的系统。聚光是空间太阳能收集的途径之一,多种SSPS方案采用了聚光方式。文章介绍了聚光式SSPS的研究现状,对现有SSPS方案中的不同聚光技术方案进行了综述分析,将空间太阳能电站聚光技术划分为3个层次,总结成4种模式,详细分析了每种模式的优点与技术难点,并对聚光式空间太阳能电站的发展提出建议。     

太阳能卫星

将宇宙空间中的太阳辐射能量收集起来，再将其转换成可以供地球上人类使用的取之不尽、用之不竭的能源，这是人类多年来的夙愿，太阳能卫星将实现人类的这一梦想。１　卫星的设计太阳能卫星的基本设计方案是将卫星组件从地球上送入空间，在空间组装成特大型卫星系统，然后再将该系统部署到地球同步轨道上。利用光电能转换技术将微波辐射能或激光辐射能转换成电能，然后将电能发送到地面，由地面天线接收。一颗太阳能卫星可以向地面接收站提供５～１０吉瓦的电力，要求发电机的表面积达到１００ｋｍ２左右，重量达到１０万吨左右。大约需要部…     

中国空间技术研究院举办空间太阳能电站发展技术研讨会

在能源和环境问题日益严峻的今天,全球越来越关注新能源的开发。因此,可提供清洁能源的天基太阳能电站(SBSP)正成为多个国家和地区研究的重点。为促进中国天基太阳能电站领域的研究、交流,中国空间技术研究院在2010年8月25-26日主办了空间太阳能电站(即天基太阳能电站)发展技术研讨会。王礼恒、孙家栋等12位院士和100多位知名学者参加了本次研讨会。     

空间太阳能电站建设:难题不少 前景广阔

<正>前不久,我国首个空间太阳能电站实验基地在重庆启动,该基地建成后开展的基础性实验和应用研究,将对我国今后建设空间太阳能电站、改变传统能源传输方式、破解能源供给难题等产生重大意义。另外,空间太阳能电站系统项目的地面验证平台也将在西安落成,它用于对空间太阳能电站功能与效率进行系统验证。那么,什么是空间太阳能电站?为何要在太空建造太阳能电站?怎样建     

空间太阳能电站无线能量传输技术

<正>21世纪人类面临着非常严峻的能源形势。太阳能是持久稳定的清洁能源,大规模开发利用太阳能将有希望彻底解决人类的能源危机。空间太阳能电站是高效利用太阳能的有效途径,受到了国际的广泛关注。空间无线能量传输是实现空间太阳能电站的核心关键技术,国内外已对基于微波与激光的无线能量传输技术开展研究。微波无线能量传输技术可以追溯到1899年,长时间的发展使该技术成熟度高,特别是微波发射及接收器件的更新换代,也让微波无线能量传输技术成为最早纳入空间太阳能电站设想的核心技术。激光无线能量传输技术兴起于2000年左     

日本天基太阳能电站方案概览

日本于20世纪80年代开始对天基太阳能电站显示出了极大的兴趣,各大学、研究所开展了一系列研究工作,进行了一系列微波电力传输(MPT)试验,所以及计算机仿真和理论研究在此基础上,日本宇宙航空研究开发机构(AXA)和无人宇宙试验自由飞行器研究所(USEF)分别提出了多项天基太阳能电站设计方案。     

日本天基太阳能电站计划研发概况

日本既是一个经济大国,也是一个能源需求大国和资源极其贫乏的国家,它切身经历了石油危机,饱尝了能源奇缺所带来的危害,也更加深刻地认识到开发"取之不尽、用之不竭"的太阳能发电项目对解除能源奇缺困扰的重要性,因此决定在政府的统一领导下来推进天基太阳能电站计划。从20世纪60年代末开始,日本经济企划厅和通商产业省(现为经济产业省)就带领并指导相关研究机构、相关产业和高校开展了天基太阳能电站的调研,进行了系统与结构的研究、设计、开发、试验,并不断获得研究成果,从而使日本在天基太阳能电站研究、开发领域居于世界领先地位。     

国外侦察卫星那些事儿

<正>7月2日,美国国防部宣布,将在2017年发射"作战响应空间"-5小型侦察卫星,以作为从当前的"天基太空监视卫星"到未来小型太空监视三星星座之间的过渡。此前的6月9日,美国空军宣布,其第5、6颗"天基红外系统"导弹预警卫星将采用升级版的A2100卫星平台,以此作为"天基红外系统"项目技术更新工作的一部分。目前,军民两用成像卫星发展迅     

空间太阳能电站涉及空间无线电规则研究

正1引言空间太阳能发电是利用发射大型太阳能卫星,在地球静止轨道吸收太阳能并转化为电能,然后以微波或激光为介质把能源传送回地面的大型天线站(或天线阵群),并最终转为基本电力。利用空间太阳能发电,可以解决太阳光穿过大气时因受到吸收和散射而减弱的问题,被认为是能够解决能源问题的有效途     

天基红外导弹预警系统--美国国家导弹防御计划的核心

"天基红外系统"(SBIRS)为一项弹道导弹预警系统计划,是目前美国"国家导弹防御系统"(NMD)计划的核心.该计划于1992年8月批准,1995年开始列入财政年度开支,计划执行13年,直至2008年完成.SBIRS有空间段和地面段两部分,空间段由三种轨道高度的卫星星座组成,即低轨卫星星座(SBIRS-Low)、高轨卫星星座(SBIRS-High)和静止轨道卫星星座(SBIRS-GEO).     

用于卫星入轨段测控的箭载天基测控中继系统

为满足卫星入轨段关键遥测参数下传和遥控指令上传的需求,设计了一种用于卫星入轨段测控的中继系统,方案主要基于火箭现成天基测控终端和卫星现成测控设备。介绍了中继系统的组成、工作原理和工作流程,研究了天基测控相控阵天线波束指向算法,设计了一种卫星遥测、遥控信号中继功能的地面测试系统。该箭载中继系统在快舟一号甲火箭上完成了两次飞行试验验证,两次飞行试验中继转发的卫星遥测数据完整,箭载卫星通信终端接收用户卫星遥测数据的载噪比大于20dB;地面测控中心接收天基遥测返向信号比特信噪比相对接收门限有3dB以上的余量。试验表明,该箭载天基测控中继系统通信链路余量充足,工作可靠,相比通过地面测控资源保障或卫星自身使用天基测控可节省一半以上成本。     

空间太阳能电站微波能量传输验证方案设计

微波能量传输技术作为空间太阳能电站(Space Solar Power Station,SSPS)的关键技术之一,目前的研究和验证工作均集中在各单项技术的突破和验证,缺乏针对SSPS系统特点的全面优化设计。文章根据SSPS的工作模式给出了全面验证空间太阳能电站微波能量传输的验证系统方案设计,对收发天线进行了一体化设计,利用了幅度近似高斯分布的发射阵列场分布设计和低反射的接收整流阵列设计,以高精度来波方向测量和高精度移相控制为波束指向控制的技术途径。对验证系统的波束收集效率进行了分析,收集效率可达94.2%,比传统均匀分布系统高出17.6%。验证系统可从系统规模缩比、波束扫描范围、发射天线口径场分布、整流天线处功率密度、反向波束控制方法等方面模拟SSPS微波能量传输工作模式,推动SSPS系统技术的发展。     

空间太阳能电站微波能量传输验证方案设计

微波能量传输技术作为空间太阳能电站（SpaceSolarPowerStation,SSPS）的关键技术之一,目前的研究和验证工作均集中在各单项技术的突破和验证,缺乏针对SSPS系统特点的全面优化设计。文章根据SSPS的工作模式给出了全面验证空间太阳能电站微波能量传输的验证系统方案设计,对收发天线进行了一体化设计,利用了幅度近似高斯分布的发射阵列场分布设计和低反射的接收整流阵列设计,以高精度来波方向测量和高精度移相控制为波束指向控制的技术途径。对验证系统的波束收集效率进行了分析,收集效率可达94.2%,比传统均匀分布系统高出17.6%。验证系统可从系统规模缩比、波束扫描范围、发射天线口径场分布、整流天线处功率密度、反向波束控制方法等方面模拟SSPS微波能量传输工作模式,推动SSPS系统技术的发展。     

空间太阳能电站微波能量反向波束控制技术

微波能量传输设计与验证是中国空间太阳能电站发展各阶段的核心工作,微波能量反向波束控制则是微波能量传输的关键环节。目前的反向波束控制研究都基于微波能量发射阵列具有理想型面的前提,没有考虑空间环境中微波能量发射阵列结构模块发生位置和姿态偏差的实际情况。结合中国空间太阳能电站发展的4个阶段任务,分析了结构模块姿位偏差对整流阵列处功率密度和波束指向误差带来的影响。在已经验证的软件化微波能量反向波束控制基础上,结合结构模块姿位偏差校正,提出了基于相位补偿的反向波束控制技术,并对校正效果进行了仿真分析。基于相位补偿的反向波束控制技术对微波能量发射阵列结构模块姿位偏差的影响具有显著的校正能力。文章可以为微波能量传输系统的设计和研制提供指导。     

天基激光移除空间碎片仿真平台研究与开发

为了从空间碎片和天基移除系统两方面分析激光驱动碎片变轨过程,优化移除任务规划和策略,基于真实的可观测空间碎片数据,设计并开发了一套天基激光移除空间碎片三维数值仿真平台。首先从总体设计出发,对三维数值仿真平台的需求分析、总体框架、模块功能进行了明确的描述。其次通过对激光驱动空间碎片变轨过程数学模型的分析,确定了各模块的具体实现方法。最后采用C++/Qt开发了三维数值仿真平台,通过仿真验证了设计平台的有效性。该仿真平台可用于不同天基平台和目标碎片的任务规划、碎片分布热点区域和航天器防护区域的方案设计及空间环境治理体系的优化设计。