[发明专利]能量分布收集转换与波束集中控制发射的空间太阳能电站

说明书

本发明涉及一种空间技术领域内的能量分布收集转换与波束集中控制发射的空间太阳能电站，所述太阳能电站包括多个独立相同的能量收集转换装置和一个波束集中控制发射装置；所述的能量收集转换装置和波束集中控制发射装置均置于航天器平台上，所述能量收集转换装置均匀分布在以波束集中控制发射装置为圆心的圆上，相对位置固定，形成共位卫星群。本发明将整体尺寸大的太阳能电站转化为多组相同装置，分布式收集转换空间太阳能，相互独立，互不影响，单一装置尺寸小，质量轻，无需在轨组装和拼接，有效降低对运载要求，大幅降低工程实现难度。

技术领域

本发明属于空间技术领域，具体涉及一种分布收集太阳能转换为激光并集中对激光波束进行集中控制发射的空间太阳能电站。

背景技术

地球能源日益枯竭已成为人类社会面临的重大威胁，同时以化石资源为主的能源消耗也在严重破坏人类赖以生存的环境。开发可再生无污染的新能源已迫在眉睫，其中太阳能被公认为清洁能源之一。地面太阳能应用技术比较成熟，但由于大气层的存在，太阳光照射到地面的功率密度不到太空中的1/7。同时受地理、气候及天气的影响，地面太阳能功率密度波动较大，通常地面需要大规模的蓄电装置才能稳定供电。空间太阳能电站不受大气衰减、天气、季节和昼夜等因素的影响，可接收高辐射强度的太阳光，以无限能源传输方式持续稳定给地面供电，是解决能源危机和保护环境的有效途径之一。

目前美日及欧洲等国家已开展了大量的技术研究，并提出了一系列的空间太阳能电站设想。为满足GW级供电功率的需求，空间太阳能电站的装置尺寸至少达到km级。例如美国提出的太阳盘方案中的薄膜太阳能电池阵的直径约3-6km，日本提出的系绳式设想的主体结构尺寸达到2km×1.9km，欧洲太阳帆方案的主体也高达15km。由于目前运载火箭无法满足如此大尺寸装置的发射需求，空间太阳能电站的装置尺寸巨大是阻碍其工程应用的主要难点。

经对现有技术的检索，中国发明专利CN201710007528.5，发明名称为一种空间太阳能电站，包括聚光器(101)、太阳能电池阵(102)、微波发射天线(103)、牵引索(106)以及传输电缆(104)，其特征在于，所述聚光器(101)由上、中、下三部分环状球面相接构成，其中中间球面的曲率半径大于上、下两边球面的曲率半径；太阳能电池阵(102)在聚光器(101)的上、中、下每部分的赤道位置上通过滑动副与其相连，并围绕着微波发射天线(103)旋转；所述微波发射天线(103)通过6根牵引索(106)与聚光器(101)的上、下边缘的外框(701)相连；太阳能电池阵(102)与微波发射天线(103)通过导电结构(105)以及传输电缆(104)电连接。但无法通过对激光的在轨波束整形和指向精细操控，进而有效降低地面接收装置规模，解决地面接收转换效率等问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种能量分布收集转换与波束集中控制发射的空间太阳能电站。本发明通过对激光的在轨波束整形和指向精细操控，有效降低地面接收装置规模，提高地面接收转换效率。

本发明涉及一种能量分布收集转换与波束集中控制发射的空间太阳能电站，包括多个独立相同的能量收集转换装置和一个波束集中控制发射装置；

所述的能量收集转换装置和波束集中控制发射装置均置于航天器平台上，所述能量收集转换装置均匀分布在以波束集中控制发射装置为圆心的圆上，相对位置固定，形成共位卫星群。

优选的，所述能量收集转换装置包括聚光器、波导、激光器、扩束镜和反射镜。

优选的，所述聚光器通过反射或透射方式会聚空间的太阳光。

优选的，所述波导对所述聚光器汇聚后的高功率密度太阳光进行匀化和压缩发散角，作为所述激光器的泵浦光源。

优选的，所述扩束镜对所述激光器输出的激光光束进行扩束，压缩激光发散角。

优选的，所述波束集中控制发射装置包括多个主桁架、旋转机构和多组相同的快反镜阵列。