激光无线能量传输在轨应用方法.pdf

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1、第24卷第1期航天器工程V01．24No．11111篁!旦量!垒篁兰篁垦垒至三兰些鱼!些兰兰里!望垒!!激光无线能量传输在轨应用方法申景诗程坤马波贾蕴(山东航天电子技术研究所，山东烟台264670)摘要根据分离模块航天器系统特点和任务需求，结合无线能量传输的技术能力和水平，开展激光无线能量传输在分离模块航天器系统中应用方法研究，设计了一种基于激光相控阵技术的多光束激光能量发射天线以及由其组成的激光无线能量系统方案，包括航天器编队、能量转换、激光发射等方式，对未来的激光能量传输的在轨应用具有参考价值。关键词分离模块航天器；激光无线能量传输；卫星编队；多光束发

2、射中图分类号：V423．44文献标志码：ADoI：10．3969／j．issn．1673—8748．2015．01．005ApplicationMethodofLaserPOwerTransmissiOninorbitSHENJingshiCHENGKunMABo(ShandongAerospaceElectro—techn0109yInstitute，Yantai，JIAYunShandong264670，China)Abstract：Accordingtothefractionatedmodularspacecraftsystemcharacteris

3、ticsandmissionrequirements，combiningthecapabilityand1eveloflaserwirelesspowertransmissiontechnology，theapplicationmethodsoflaserwirelesspowertransmissioninfractionatedmodularspacecraftsystemareinvestigatedinthispaper．Alaserwirelesspowertransmissionsystemaredesigned，whichincludesam

4、ultiple1aserbeamtransmissionsystem，formationflyingsatellitesmodes，powerconversionmodes，andlasertransmittingmodeseta1．Themethodcanbeappliedtofuturein—orbitlaserpowertransmission．Keywords：fractionatedmodularspacecraft；laserpowertransmission；satelliteformations；mul—tiDle1aserbeamtran

5、smission1引言随着航天技术的发展，单个航天器质量、体积日益庞大，面对各种不确定性要求的响应严重缓慢。围绕空间系统针对诸如政治需求、技术失败以及专项资金流的波动等各种不确定性的响应速度，美国国防先进研究计划局(DARPA)提出了分离模块航天器这一新型结构概念。分离模块航天器技术的突破和实现，将遥感和科学探测等载荷的类型和数量从单个航天器的限制中解放出来；在同一个航天器系统中实现多任务载荷以及载荷的升级换代成为可能；多个卫星可联合实现更多的功能，同时系统的寿命和可靠性成倍提高；新技术试验和新载荷可方便地增加到分布式可重构卫星系统中，基本不会影响已有系统

6、的运行，丰富了空间试验和技术创新验证的手段‘1I。在分离模块航天器的背景下，无线能量传输技术的应用是其发展的必要条件。尤其是激光无线能量传输以激光作为媒介，无需能源输送线，给特定环收稿日期：201411—20；修回日期：2015一0105基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)(2012AAl20605)作者简介：中景诗，男，硕士，高级工程师，主要从事卫星通信、激光无线能量传输技术等方面的研究。Email：shenjingshi@hotmail．com。航天器工程24卷境下工作的目标器提供能源支持，使其能够顺利完成任务。而激光传能技术的核心指标是电能

7、到电能的转化效率口q]。利用无线能量传输技术，航天器能量可由大约100～1000m距离远的其它航天器提供，从而降低了能量分系统的成本并提供扩展能力。这对于许多任务(包括地球观测、通信和天文学任务等)来说，此规模的“分离航天器”编队是有吸引力的。本文根据分离模块航天器系统特点和任务需求，结合无线能量传输的技术能力和水平，开展激光无线能量传输在分离模块航天器系统中应用模式研究，提出应用方案。2分离模块航天器编队飞行空间无线能量传输技术被认为是分离模块航天器系统中成熟度最低的关键技术，其发展对分离模块航天器具有实质性的推动作用。实现相距数百米、数千米甚至更远的分

8、离模块航天器之间的无线能量传输，对未来的卫星设计将产生重要影响。例