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SpaceX 成功发送太空太阳能发电演示装置,可将电能传送至地面

时间:2023/1/12 13:26:38 来源:EETOP半导体社区 作者: 浏览次数:


在 SpaceX 最近的发射中,加州理工学院将其太空太阳能演示器(SSPD) 送入轨道,以收集太空中的太阳能并将其传输到地球。

虽然太阳能是最丰富的能源之一,但它在地球表面是间歇性的,并且在很大程度上取决于天气。然而,可以在太空中连续获取阳光。太空中的太阳能收集产生的能量大约是地球上类似太阳能电池板的五倍。为了正确看待这一点,美国国家空间协会 2007 年的一项研究估计,地球同步轨道上半英里带的光伏发电产生的能量相当于地球上一年剩余的所有石油。



加州理工学院的太空太阳能演示器

研究人员现在不仅在研究如何在太空中捕获太阳能,而且还在研究如何通过微波或红外激光束将这种能量传输到地球。加州理工学院 (Caltech) 最近宣布,其称为太空太阳能演示器 (SSPD) 的原型已于 1 月 3 日发射进入轨道。该演示器将测试旨在收集太空太阳能的关键组件。

加州理工学院太空太阳能发电项目 (SSPP) 已从欧文公司董事长兼加州理工学院董事会终身成员唐纳德布伦那里吸引了超过 1 亿美元的资金。多功能演示器收集阳光,将其转化为电能,并使用超轻结构进行集成,通过射频(RF) 无线传输能量。它是Momentus Vigoride 航天器的一部分,由执行Transporter-6 任务的SpaceX 火箭运载发射。

为 SSPD 部署的技术

从事 SSPD 工作的工程师探索了新技术、架构、复合材料和结构,以克服重型太阳能电池和电力传输的挑战。他们制造的部件和太阳能电池重量轻且耐用,足以部署在不可预测的太空条件下。

50 公斤的SSPD 将测试该项目的三个关键组件:

1. DOLCE(可部署在轨超轻型复合材料实验):一个六英尺乘六英尺的结构,用于测试太阳能车辆和相控阵天线的新架构。它使用超薄复合材料实现卓越的效率和灵活性。它的模块化和部署机制将组成一个公里级的星座,形成一个发电站。

2. ALBA(意大利语“黎明”的意思):一组 32 种不同类型的光伏电池,用于评估恶劣空间条件下的电池类型。成功的测试将提供有关太阳能电池在这些环境中高效可靠运行的数据。

3. MAPLE(用于功率传输低轨道实验的微波阵列):一种轻型微波功率天线阵列,可精确定时控制,专注于地球上的两个不同接收器,展示按需向多个特定目标的选择性远距离功率传输。它执行功能验证并评估系统在不同空间条件下的性能。



工程师将 DOLCE 安装到 Momentus Vigoride 航天器上。图片由加州理工学院提供

其他组件包括一个与控制这些实验的 Vigoride 计算机接口的电子设备盒。这个盒子由摄像头组成,用于监控实验的进展。

定向无线电力传输如何工作?

功率发射器阵列的概念基于干涉。如果一个源在空间中传输能量,它将是全向的。但是,当两个或多个源传输时,会有一个区域存在建设性干涉,这意味着所有源的能量加起来。同样,也有能量波相互抵消的区域,即相消干涉。



柔性天线片作为功率发射器阵列。图片由加州理工学院提供

如果天线阵列中的所有发射器同相(同时发射),将形成具有高方向性的高功率波束。加州理工学院的研究人员精确控制阵列中每个天线的时间,改变其方向性并将能量同时传输到多个接收器。天线分离及其相位在波束成形中起着重要作用。



相控阵天线的图示。图片由Wikimedia Commons [ CC0 1.0 ]提供将演示器送入轨道

作为 Transporter-6 任务的一部分,SSPD由 SpaceX 火箭上的 Momentus Vigoride 航天器携带。火箭用了大约 10 分钟到达预定高度,之后 Momentus 航天器被部署到轨道上。

加州理工学院的团队计划在几周内开始他们的实验。其中一些测试(如 DOLCE)将快速执行。然而,其他任务将需要更多时间。太阳能电池数据的评估和收集将需要长达六个月的时间才能获得有关哪些技术有效的新见解。


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