衛(wèi)星太陽能電站發(fā)展發(fā)展前景與利用難題分析(編輯修改稿)
2025-04-20 23:21 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 統(tǒng)”。該設(shè)計方案為在地球靜止軌道上布置60個發(fā)電能力各為5GW的發(fā)電衛(wèi)星，總設(shè)計目標(biāo)為300GW，約為美國電負(fù)荷的一半，系統(tǒng)主要性能參數(shù)見表1。表1 1979 SPS基準(zhǔn)系統(tǒng)主要性能參數(shù)系統(tǒng)采用桁架式太陽電池陣結(jié)構(gòu)設(shè)計，體積和重量均較大，是后來的SPS概念設(shè)計的基礎(chǔ)。設(shè)計微波波束到達(dá)地面時的功率密度很小，波束中心約為23mW／cm2，邊緣只有1mW／cm2，對人、畜和莊稼不會造成危害。NASA在20世紀(jì)90年代末的SERT研究計劃中提出新一代的名為“集成對稱聚光系統(tǒng)”的設(shè)計方案，結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。采用了薄膜聚光設(shè)計，薄膜聚光采用O．5mm厚的Kapton膜，表面太陽光反射率達(dá)到0．9，聚光膜到光伏電池的集光率為4．25。設(shè)計將聚光太陽陣與微波發(fā)射天線布置在很近的位置，可以大大減小空間電力傳輸系統(tǒng)的體積和質(zhì)量。圖2 集成對稱聚光系統(tǒng)日本在空間太陽能電站研究中提出了多種方案，主要包括SPS200SPS200SPS200分布式繩系太陽能電站衛(wèi)星概念等(見圖3)。其中SPS2001采用了聚光系統(tǒng)，并且創(chuàng)新性的提出將太陽電池、大大簡化了結(jié)構(gòu)設(shè)計和空間裝配的難度，但散熱問題極難解決。在SPS2002方案中，改進(jìn)了SPS2001的夾層結(jié)構(gòu)，將太陽電池、發(fā)射天線布置在同一面，另一面作為熱輻射器，可以大大改善熱控的效果，但給能量轉(zhuǎn)化效率和電池兼容性帶來一定問題。SPS2003方案是在SPS2002方案的基礎(chǔ)上，在輻射面后面增加了太陽屏，更加有利于系統(tǒng)的散熱。SPS2003的另一個重要特點(diǎn)是各部件將采用編隊飛行的方式保持相對位置穩(wěn)定，是一個真正的分布式系統(tǒng)。分布式繩系太陽能電站衛(wèi)星概念減小了單個模塊的復(fù)雜性和重量，更有利于系統(tǒng)的構(gòu)建和組合。其基本單元由尺寸為100m X 95m的單元板和衛(wèi)星平臺組成，單元板為太陽電池、微波轉(zhuǎn)換裝置和發(fā)射天線組成的夾層結(jié)構(gòu)板。每個單元板的總重約為42．5t，微波能量傳輸功率為2．1MW，單元板和衛(wèi)星平臺間采用4根210km的繩系懸掛在一起。由25塊單元板組成子板，25塊子板組成整個系統(tǒng)。歐洲在1998年開展了“空間及探索利用的系統(tǒng)概念、結(jié)構(gòu)和技術(shù)研究”計劃，提出了太陽帆塔概念，主要參數(shù)見表2。表2 歐洲太陽帆塔基本概念該方案設(shè)計基礎(chǔ)是基于美國提出的太陽塔概念，但采用丁許多新技術(shù)，主要是采用了可展開的輕型結(jié)構(gòu)——太陽帆，可以大大降低系統(tǒng)的總重量、減小系統(tǒng)的裝配難度。每一塊太陽帆電池陣為一個模塊，尺寸為150m150m，發(fā)射入軌后自動展開，在低地軌道進(jìn)行系統(tǒng)組裝，再通過電推力器運(yùn)往地球同步軌道。３制約空間太陽能電站的關(guān)鍵技術(shù)空間太陽能電站體積大、重量大，需要多次發(fā)射到近地軌道(LEO)進(jìn)行組裝，再送往地球同步軌道(GEO)。岡此，空間太陽能電站系統(tǒng)需要兩類空間運(yùn)輸技術(shù)：低成本大運(yùn)載近地運(yùn)載器，高性能軌道問推進(jìn)系統(tǒng)。目前最大的運(yùn)載火箭包括美
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