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。     

空间太阳能发电站拓扑架构及能量管理控制策略

针对超大功率空间太阳能电站(SSPS),提出了一种分布式+集中式系统拓扑架构,将系统电力传输分为太阳电池阵区、主结构电力传输区及发射天线阵区三大部分。根据系统三大阵区的能量流动关系,本文将SSPS系统的工作模式划分为最大功率点跟踪(MPPT)工作模式、跟踪功率指令工作模式及阴影区工作模式,并提出分层能源管理控制策略。最后,针对兆瓦级太阳电池阵的不同工作模式,利用Matlab/Simulink搭建空间太阳能电站系统仿真模型,进行仿真试验及对比分析,试验结果验证了拓扑架构的合理性及控制策略的有效性,为解决空间太阳能发电技术电力传输与能量管理问题提出了新思路。     

SSPS太阳能收集系统研究现状及发展趋势

为研究太阳能收集系统在未来空间太阳能电站(SSPS)中的发展和应用,对比和分析国内外典型系统设计方案的结构特点、光收集特性及优、缺点,展望空间太阳能电站太阳能收集系统的发展趋势,并提出对新材料、新结构、新技术、新理论和新方法的发展和应用需求。     

空间太阳能电站能量转换与传输电气设备监测

空间太阳能电站处在特殊的等离子体环境中，其能量转换与传输系统的绝缘有其特殊性，如何模拟太空环境中电气设备外绝缘局部放电及其有效监测方法，是空间太阳能电站可靠运行的关键技术之一。对空间太阳能电站能量转换系统的绝缘特性进行了研究，对比分析了地面与太空不同环境中绝缘性能的监测方法，在探讨太空环境电气设备局部放电产生的脉冲电流以及高频电磁信号特性基础上，采用罗氏线圈监测系统电流的变化，采用UHF特高频传感器进行局部放电检测，并提出了空间太阳能电站能量转换与传输系统电流变化与局部放电的具体监测方案。     

微波功率传输的研究

主要介绍了激光功率传输（LPT）与微波功率传输（MPT）两种能量传输系统。同时,论述了两种能量传输系统的系统构成,并以空间太阳能电站为背景重点,阐述了微波式能量传输系统的工作原理与各分系统地效率计算方法。通过以上内容的分析与讨论,为广大读者系统的阐述了空间太阳能电站中微波能量传输系统中的关键技术与基本原理。     

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。     

空间太阳能电站发展历程回顾与前景展望

为了准确把握空间太阳能电站领域的未来走向和发展要点，回顾了国际和国内空间太阳能电站的发展历程，介绍了当前最具代表性的几个系统方案。围绕空间太阳能电站的核心 微波能量传输技术，阐述了系统设计、空间巨型天线阵列、高效微波功率源、高效微波整流表面等关键技术的发展现状。空间太阳能电站将成为世界航天的新里程碑，而国际合作将成为空间太阳能电站发展的途径，三明治结构将在空间太阳能电站发展中发挥重要作用。     

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。     

空间太阳能电站高低压混合供电系统设计

在调研美国NASA空间太阳能电站(SPS)供配电相关方案的基础上,针对空间太阳能电站平台设备和有效载荷设备两种不同的供电特性要求,提出将高低压混合供电技术应用于空间太阳能电站的供电系统设计。该设计在满足高效对地供电传输要求的同时,能够确保航天器平台自身的稳定、可靠运行。文章介绍了高低压混合供电技术的原理和系统构成;针对系统高于目前在轨卫星6个数量级的超高压需求,分析了高压电缆和高压继电器研制的可行性,得出高压电缆的重点研究方向,即通过材料及结构优化来减小质量、增加散热、减小弯曲半径等,高压继电器的研究方向为研制高压混合继电器(EMPC)中适用于航天任务的高压固态功率管;调研分析了目前常用的空间等离子体被动防护技术和主动防护技术,通过比较,说明主动防护技术更适用于空间太阳能电站的超高压系统,可为我国建设超大功率空间太阳能电站提供技术参考。     

用于空间太阳能电站的大功率正交场微波源分析

针对空间太阳能电站应用微波源，介绍了两种大功率真空电子器件磁控管和正交场放大管的基本工作原理，当前国内外两种器件所达到的效率和功率容量特性。从太阳能电站应用角度出发，对两种电真空器件潜在的效率、寿命及可靠性进行了对比和研究，根据两种器件的自身特性，面向高功率合成提出了技术方案和建议。研究结果表明，从寿命、效率和功率合成角度来看，采用正交场放大管作为太阳能电站微波源更为适宜，对太阳能电站系统方案选择与设计具有一定参考价值。     

空间高压发电输电及无线能量传输试验验证方案

面向未来的MW级及GW级空间太阳能电站发展,针对空间高压大功率发电输电技术和大功率无线能量传输技术空间验证需求,初步设计了百千瓦级高压发电输电及无线能量传输试验在轨验证方案,提出试验验证的必要性、验证目标、系统组成、技术指标及试验过程,并且对试验验证的关键技术进行分析,为后续开展深入研究提供参考。     

新型大尺度空间微波功率发射阵列的考虑

以空间太阳能电站为应用代表的微波功率传输系统中,微波功率发射阵列是其中的核心组成部分。为保证特定传输距离限制下的波束收集效率,目前国际上多种空间太阳能电站方案中收发天线口径都达到了km级以上。在空间构建大尺度的微波功率发射有源相控阵,面临的主要问题有：发射阵列电性能的高要求、发射阵列折叠状态的总体积限制、大功率发射阵列的热控问题。针对这些问题,文章提出了新型大尺度空间微波功率发射阵列的一些研究及设计考虑,主要包括大尺度阵列同源分发倍频的频率分配方案;高效率高集成功率发射组件技术;大尺度阵列相位同步与误差自校正技术;低剖面天线结构及型面误差补偿技术;大型天线3D打印在轨建造方案设想以及空间微波功率发射阵列热控新思路等。文章提出了新型大尺度空间微波功率发射阵列3个方面的6个主要问题,可为空间太阳能电站系统提供可优化、开放性的设计与发展思路。     

空间原子氧环境效应模拟方法

原子氧是近地轨道中一种极为恶劣的空间环境,地面模拟与数值模拟是进行原子氧环境效应研究的常用方法。文章调研分析了国内外在空间原子氧地面模拟与数值模拟方面的最新进展及所采用的关键技术,提出国内今后在地面模拟方面应着力建立有效的试验方法与寿命预示方法,为今后航天器选材试验提供技术基础;在数值模拟方面应以工程应用为指导,以试验结果为基础,逐步建立起合理有效的数值模拟方法。     

高功率微波能量传输特性及电波环境效应研究

高功率微波能量传输是空间太阳能电站能源系统的关键技术。在能量传播过程中受降雨等因素影响发生衰减。计算结果表明,传输仰角越低,降雨强度越大,能量传输效率越低。非相干散射雷达观测的分析证实了高功率电波的注入使得电离层环境特性发生一定变化,导致电离层电子温度、电子密度增加和不稳定性的发生,并通过计算机模拟,初步探索电子温度、电子密度增加机理,这对研究高功率微波传输特性,建立传播效应模型具有重要的意义。     

MW级SPS微波能量传输系统微波源相位误差的影响分析

以多旋转关节空间太阳能电站（SPS）为应用系统,介绍了MW级SPS微波能量传输系统顶层设计参数。针对微波功率源相位误差对微波能量传输的影响问题,建立了分析模型,提出分析方法,并从波束收集效率下降容限的角度,用一维模型对百米量级能量发射阵列进行了分析,据此给出了对大规模微波源相位误差的要求,为MW级SPS的微波能量传输系统设计提供指导。     

大功率激光能量传输多光束协同捕获瞄准与跟踪技术研究

以用于空间太阳能电站的远距离、大功率激光无线能量传输为研究背景,以提高系统能量传输效率为宗旨,针对多光束传输的激光无线能量传输系统协同捕获、瞄准与跟踪(APT)方法进行研究。首先通过对大功率激光无线能量传输系统的分析,获知了单光束激光无线能量传输系统的局限性,然后针对大功率、多光束激光无线能量传输系统的协同APT系统组成,分析了单终端多光束系统和多终端多光束系统的实现方法及构成,最后针对单光束、7光束和9光束发射系统的目标重构光斑进行仿真,仿真结果表明,通过精确的多光束协同APT系统可以实现光束重构,重构后的能量光斑能量密度和分布都能得到改善。文章的研究成果将为建造用于空间太阳能电站的大功率、远距离激光能量传输系统提供技术储备和理论依据。     

全新的航天装备发展思路——美国快速空间响应系统探秘

美国快速空间响应系统（ORS）2007年开始组建,在成立之初即提出了ORS的三大任务领域：空间力量增强、空间控制和空间支持。在空间力量增强方面ORS系统能够提供快速天基情报、监视与侦察（ISR）和专门通信;在空间控制方面能够快速进行空间态势感知;     

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。     

空间大型载荷平台在轨构建技术探讨

针对以空间太阳能电站系统、超大面积SAR天线系统、大型在轨服务平台等为代表的巨型空间设施无法通过一次运载实现在轨构建的共性问题，通过对太空增材制造、可展开结构、可组装结构及单胞重复组装等四种大型结构在轨构建方法进行讨论和分析，归纳其优缺点，并提出一种包含单梁组装、单梁装填、单梁自动扩展、单梁截取、多梁组装、胞元填充等6个步骤的大型结构在轨构建新方案。研究结果表明，新方案可显著提高运载效率，提高在轨构建可靠性，此方法还可以用于超大型一维、二维、三维结构平台的在轨构建，为空间大型载荷平台的在轨建造提供参考。     

贵阳机场一次辐射大雾的数值模拟研究

本文利用中尺度数值模式MM5对贵阳机场的一次辐射雾天气过程进行数值模拟研究，并在成功模拟的基础上，进行敏感性试验。结果表明：MM5中尺度非静力模式对此次大雾的生消演变过程具有较好的数值模拟能力；高分辨率的模拟结果能够得到精确的地形分布，加密输出结果后，能准确预报出雾发生的地点、时间及雾的消散时间。