空间太阳能电站的激光无线能量传输技术研究.pdf

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1、第24卷第1期2015年2月航天器工程SPACECRAFTENGINEERINGV01．24No．131空间太阳能电站的激光无线能量传输技术研究李振宇张建德黄秀军(山东航天电子技术研究所，山东烟台264670)摘要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。关键词无线能量传输；激光；空间太阳能电站中图分类号：V423．44文献标志码：ADo

2、I：10．3969／j．issn．1673—8748．2015．01．006LaserWirelessPowerTransmissionTechnologyforSolarPowerSatelliteLIZhenyuZHANGJiandeHUANGXiujun(ShandongAerospaceElectro—technologyInstitute，Yantai，Shandong264670，China)Abstract：Inthispaper，whichbelongstothefieldofsolarpowersatellite(SPS)，thekeytech—nologiessu

3、chashigh—powerlaserbeam，high—efficiencyreceiving，andbeamcontrolarestudied，andalaserwirelesspowertransmissionsystemforsolarpowersatelliteispresented，whichcanbethetechnicalsupportforthesolarpowersatelliteandprovideanadvancedandsafewayforspacetechnologyandnewenergyapplication．Keywords：wirelesspowe

4、rtransmission；laser；solarpowersatellite1引言面对全球性资源日益减少与环境污染日益严重的局面，采用更持久、更洁净、更可靠的能源，是科学技术进一步发展的目标。由于地球上的资源有限，向地球外的宇宙空间寻找资源，以解决地球能源的供应成为一个必然的选择口]。太阳是一个巨大的核聚变反应堆，距离地球平均1．5亿千米，在一小时内辐射到地球的能量就超过人类一年的能源使用量。在地球附近，每平方米能够接收1366w的太阳辐射，但由于大气的吸收和散射，以及季节、昼夜的变化，达到地面时的太阳辐射量平均不到250W／m2。因此，地面利用太阳能的措施很难成为人类的主能源，而

5、在空间利用太阳能发电则可避免这些问题。[2]空间太阳能电站(SolarPowerSatellite，SPS)是指将有效采集地球静止轨道(GEo)上的太阳能，通过新的工程技术手段传输到地面，转化为电能的系统[3]。空间太阳能电站自20世纪60年代末由美国科学家提出概念以来，主要航天国家已开展了40多年的研究，但由于技术难度大、投人大，涉及关键技术多，目前仍未有可实现的系统。研究技术上、经济上可行的空间太阳能电站系统，一方面可以高效利用空间太阳能，提供一种新的能源供应手段；另一方面可以为国家提供巨大的可再生能源战略储备，对于保证收稿日期：2014—1120；修回日期：2015一O卜12基

6、金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)(2012AAl20605)作者简介：李振宇，男，硕士，工程师，从事航天光电产品设计。Email：lzy522@sina．com。航天器工程我国的能源独立和安全、国民经济的可持续发展及国防建设等方面具有重要的战略意义。在空间太阳能电站涉及的诸多关键技术中，如何将空间能量高效安全地传回地面是一个亟待解决的问题。近年来出现的无线能量传输(wPT)技术是一种无需能源输送线缆即可为目标提供能源支持的新型技术[4]。尽管无线能量传输的效率小于导线传输，但对于空间无法铺设电力传输线的情况，无线能量传输技术是向远端供电的唯一选择。无线能量传输技术分为激光

7、与微波两种方式，激光由于其方向性强、能量集中、传输距离远等特点，可以用较小的发射功率实现较远距离的供电，长距离传输效率高于微波，且所需要的收发设备口径较小，只有微波的l／10，非常适用于空间能量传输。随着大功率激光发射器、高效率光电转换电池的技术发展，为激光无线能量传输技术的进一步研究应用提供了现实基础。本文以空间太阳能电站为研究背景，通过对聚光式空间太阳能电站总体技术、空间聚光阵列模块化设计集成与地面模拟技术、高效大功率激光发射技术、高效激光能量接收技术