新葡萄京娱乐场:华夏将要满小刑收罗阳光能建

2019-12-01 02:05 来源:未知

美军方提议建三千吨巨型空间站 将颠覆战争模式

[本站2008年12月19日综合报道] 据悉,美国五角大楼决策者们再次面对2007年10月国防部国家安全太空办公室曾提出的研究在轨太阳能发电设备可行性问题。天基太阳能这一概念已经出现了40多年,其原理是在太空使用日光收集器,采用微波或激光形式将成束的能量发送到地球表面。

新葡萄京娱乐场 1 空间太阳能电站工作设想/资料图

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通过轨道空间站收集太阳能,将其光束传到地球,听起来像是天方夜谭,但是美国正在将其变为现实。据俄《真理报》10月15日报道,美国五角大楼太空安全局(NSSO)日前给美国政府报告中建议美国拨款100亿美元用于筹建试验卫星,以便向地球传送超过千兆的能量。

新葡萄京娱乐场:华夏将要满小刑收罗阳光能建发电站,美利坚联邦合众国防部再一次构思天基太阳热辐射能发电布署。太阳能是“绿色”能源,天基太阳能系统还将减少支持战区作战基地与飞机场的后勤需求,淘汰柴油发动机,并降低运行燃料需求。

  据科技日报3月6日报道,中国航天科技集团五院载人飞船系统总设计师张柏楠代表6日向科技日报记者透露,航天五院“钱学森空间技术实验室”团队已开展太阳能电站具体研究工作,目前正处于研究试验阶段。

空间太阳能发电的示意图

捕捉太阳能量 用激光或微波传至地面

航空周刊》报道,研究太空太阳能的工程师们确信将在未来10~12年将一个试验用在轨太阳能设备送入太空,进入低地球轨道;如果试验成功,随后将发射地球同步轨道的在轨设备。试验用的“设备1号”是小型但全比的运行系统,向地面传送兆瓦级的能量。按五角大楼的标准,太阳能设备的研发成本相当小,预计将耗资1亿美元,历时3年。

  空间太阳能电站是指在太空中将太阳能转化为电能,通过无线能量传输方式传输到地面,或是直接将太阳光反射到地面、在地面进行发电的系统。目前美国、俄罗斯、日本等国都在开展研究。张柏楠对其发展应用前景十分看好。

你敢想吗?太空建个发电站

轨道空间站要装备一个近千米长的“帆”来捕捉太阳的能量,然后通过卫星将其加工成能量并以激光或者微波的方式传送到地球表面。

2007年10月,美国国防部国家安全太空办公室提交了一份关于太空太阳能设备的研究报告,将其称为“战略安全的一次机遇”。报告认为,油价持续上涨最终可能会促使轨道太阳能在经济上获得竞争力。国家安全太空办公室认为,尽管研发工作将面对相当大的技术挑战,但天基太阳能比此前具有更高的技术实施性,目前技术的发展使其可行性进一步提高。国家安全太空办公室建议政府在未来10年投入100亿美元建造一颗能将10兆瓦电能传回地球的试验卫星。但国防部官员表示目前谈论星座的具体规格为时尚早。

  “该系统最大的特点是绿色环保。”张柏楠说,“在太空中收集太阳能,对地球环境的影响很小,而且完全不依赖地球资源。”

将无比巨大的太阳能电池阵放置在地球轨道上,组成太阳能发电站,太阳能发电装置将太阳能转化成为电能。1968年美国科学家彼得·格拉赛首先提出了建造空间太阳能电站的构想,其基本思路是:将无比巨大的太阳能电池阵放置在地球轨道上,组成太阳能发电站,将取之不尽、用之不竭的太阳能转化成数千兆瓦级的电能,然后将电能转化成微波能,并利用微波或无线技术传输到地球。

不依赖石油 抗干扰能力强

过去30年,NASA与能源部曾耗资0.8亿美元研究天基太阳能,但是到了20世纪90年代中期,这项工作停滞了。

  同时空间电站的发电效率远高于地面太阳能。太空里可以连续接收太阳能,不受季节、昼夜变化等的影响,接收的能量密度高,是地面平均光照功率的7至12倍;同时可以稳定地将能量传输到地面,基本不受大气影响。

能量转换装置将电能转换成微波或激光等形式,并利用天线向地面发送能束。有资料称,从理论上说,在阳光充足的地球静止轨道上,每平方米太阳能能产生1336瓦热量,如果在地球静止轨道上部署一条宽度为1000米的太阳能电池阵环带,假定其转换效率为100%,那么,它在一年中接收到的太阳辐射通量差不多等于目前地球上已知可开采石油储量所包含的能量总和。

与地面设备不同,该技术的优点在于,不受云层厚度和夜晚光的干扰。该技术的拥护者认为,用该方法取得的能量,比从矿物原子能和风力发电得到的能量之和还要多,而且还可减少对石油的依赖。军事用途 前景广阔

  目前,世界各国已设计出几十种概念方案,五院团队提出的“多旋转关节空间太阳能电站”方案,获得了2015年世界太阳能卫星设计竞赛第一名。

地面接收系统接收空间太阳能电站发射来的能束,再通过转换装置将其转换成为电能。整个过程经历了太阳能-电能-微波-电能的能量转变过程。空间太阳能电站的建造和运行过程还需要包括大型的运载系统,空间运输系统,及复杂的后勤保障系统。

当然五角大楼不会放弃此方法的军事用途。传统上,武器装备的远距离能量补给要依赖地面能源,这项技术实现后,轨道空间站可以直接给战场提供电量,比如远离美国本土的伊拉克。

  张柏楠认为,空间电站在技术原理上已没有太大问题。太阳能帆板在卫星上广泛应用,而且近年来,太阳能电池发电效率、微波转化效率等技术取得了很大进步,为该系统的研发奠定了良好基础。但要达到工业应用标准,对发电量要求将很高,至少是兆瓦、G瓦量级,太阳能电池板也可能要用平方公里来计算。

新葡萄京娱乐场,我国空间太阳能电站发展“四步走”设想

将太阳能通过轨道空间站传送给地球的设想,是由彼得·克雷泽于1968年首先提出来的,不过那时的想法是建一个面积为50平方公里的太阳能电池。美国航天局(NASA)否定了该想法,因为这需要派遣数百名宇航员,而且还要花费上万亿美元。

  “有专家建议先建一台兆瓦级规模的试验系统,发射到太空开展实验。”张伯楠透露。

目前,国内空间太阳能电站研究还处于刚刚起步的阶段。在中国空间技术研究院主办的空间太阳能电站发展技术全国研讨会上,与会专家提出了我国空间太阳能电站发展“路线图”。概括起来主要分为四个发展阶段:

三千吨庞然大物 技术不是问题

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第一阶段:2011年-2020年

70年代,美国航天局(NASA)认为建一个太阳卫星技术已经可以达到,但是经济代价太大。该项目的负责人约翰·麦金斯将“帆” 的面积减小了,开支也随之减少,而且设备的安装可以完全自动化,无需人力。麦金斯相信,以现有技术完全可以在10年左右完成该项目。

  其实早在2011年7月,当时国内空间太阳能电站研究还处于刚刚起步的阶段。在中国空间技术研究院主办的空间太阳能电站发展技术全国研讨会上,与会专家提出了我国空间太阳能电站发展“路线图”。当时《光明日报》刊文专门介绍了空间太阳能电站的难题与挑战,以及各国的研究、发展情况。原文如下:

充分分析空间太阳能电站的应用需求,开展空间太阳能电站系统方案详细设计和关键技术研究,进行关键技术验证。

国际空间站有可能成为新设备的试验场,但是运送昂贵的设备到空间站成为一大难题,该设备面积有一个发电厂那么大,重量为3000吨,比国家空间站大10多倍。为此要上百个火箭发射,目前美国一年大概发射15次。

  你敢想吗?太空建个发电站

重点验证无线能量传输技术、高效大功率太阳能发电技术、大型结构的展开组装技术和高压供配电系统,主要有地面大功率无线能量传输试验、地面大型结构展开及装配技术试验、地面对平流层飞艇无线能量传输试验、依托空间站的大型结构展开及装配技术试验等。

尽管如此,美国五角大楼太空安全办公室认为,所有这一切只是经济上和组织上的困难,技术上不存在任何问题。

  1968年美国科学家彼得·格拉赛(Peter Glaser)首先提出了建造空间太阳能电站的构想,其基本思路是:将无比巨大的太阳能电池阵放置在地球轨道上,组成太阳能发电站,将取之不尽、用之不竭的太阳能转化成数千兆瓦级的电能,然后将电能转化成微波能,并利用微波或无线技术传输到地球。

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  能量转换装置将电能转换成微波或激光等形式(激光也可以直接通过太阳能转化),并利用天线向地面发送能束。有资料称,从理论上说,在阳光充足的地球静止轨道上,每平方米太阳能能产生1336瓦热量,如果在地球静止轨道上部署一条宽度为1000米的太阳能电池阵环带,假定其转换效率为100%,那么,它在一年中接收到的太阳辐射通量差不多等于目前地球上已知可开采石油储量所包含的能量总和。

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  地面接收系统接收空间太阳能电站发射来的能束,再通过转换装置将其转换成为电能。整个过程经历了太阳能-电能-微波(激光)-电能的能量转变过程。空间太阳能电站的建造和运行过程还需要包括大型的运载系统,空间运输系统,及复杂的后勤保障系统。

空间太阳能发电站将是庞大无比的物体,质量达万吨级以上。

  我国空间太阳能电站发展“四步走”设想

第二阶段:2021年-2025年

  第一阶段:2011年-2020年

利用我国的空间站平台,在航天员参与下,进行我国第一个低轨道空间太阳能电站系统研制,在2025年开展系统验证。重点验证大型结构的空间展开及装配,大型空间聚光系统及其控制,大功率电源管理系统,大型结构的姿态控制技术,无线能量传输技术,空间太阳能电站的运行维护管理等。

  充分分析空间太阳能电站的应用需求,开展空间太阳能电站系统方案详细设计和关键技术研究,进行关键技术验证。

第三阶段:2026年-2040年

  重点验证无线能量传输技术、高效大功率太阳能发电技术、大型结构的展开组装技术和高压供配电系统,主要有地面大功率无线能量传输试验、地面大型结构展开及装配技术试验、地面对平流层飞艇无线能量传输试验、依托空间站的大型结构展开及装配技术试验等。

在低轨关键技术验证的基础上,进一步研究经济上和技术上更为可行的空间太阳能电站系统方案和关键技术,突破轨道间大功率电推进技术,研制地球同步轨道验证系统,大约在2030年左右发射,进行空间-地面、空间-空间无线能量传输,开展系统验证,为商业系统的研制提供重要的运行参数。系统运行寿命10年。初步考虑该系统在低轨进行自主空间组装,并利用空间站和航天员进行部分组装工作,并解决空间装配中出现的问题,组装测试完毕后,整体运送到地球同步轨道。

  第二阶段:2021年-2025年

第四阶段:2036年-2050年

  利用我国的空间站平台,在航天员参与下,进行我国第一个低轨道空间太阳能电站系统研制,在2025年开展系统验证。重点验证大型结构的空间展开及装配,大型空间聚光系统及其控制,大功率电源管理系统,大型结构的姿态控制技术,无线能量传输技术(激光、微波),空间太阳能电站的运行维护管理等。

结合验证系统的运行状况,结合技术发展,研制我国第一个商业化空间太阳能电站系统,实现空间太阳能电站商业运行,运行寿命30年以上。

  第三阶段:2026年-2040年

空间太阳能电站面临的巨大挑战

  在低轨关键技术验证的基础上,进一步研究经济上和技术上更为可行的空间太阳能电站系统方案和关键技术,突破轨道间大功率电推进技术,研制地球同步轨道验证系统,大约在2030年左右发射,进行空间-地面、空间-空间无线能量传输,开展系统验证,为商业系统的研制提供重要的运行参数。系统运行寿命10年。初步考虑该系统在低轨进行自主空间组装,并利用空间站和航天员进行部分组装工作,同时解决空间装配中出现的问题,组装测试完毕后,整体运送到地球同步轨道。

目前建设空间太阳能电站首先是技术难题。空间太阳能电站是一个巨大的工程,对于现有的航天器技术提出了很大挑战:规模大,质量达到万吨以上,比目前的卫星高出4个数量级,需要采用新材料和新型运载技术;面积达到数平方公里以上,比目前的卫星高出6个数量级,需要采用特殊的结构、空间组装和姿态控制技术;功率大,发电功率为吉瓦,比目前的卫星高出6个数量级,需要特别的电源管理和热控技术;寿命长,至少达到30年以上,比目前的卫星高出一倍以上,需要新材料和在轨维护技术;效率高,需要先进的空间太阳能转化技术和微波转化传输技术。

  第四阶段:2036年-2050年

其次是成本问题。有专家估算,建设一个天基太阳能发电站需要耗资3000亿至10000亿美元。因此,成本问题可能是制约空间太阳能电站发展的主要因素。在新概念、新技术和大规模商业化之前,收入难以补偿整个系统的建造和运行成本。[page]

  结合验证系统的运行状况,结合技术发展,研制我国第一个商业化空间太阳能电站系统,实现空间太阳能电站商业运行,运行寿命30年以上。

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  空间太阳能电站面临的巨大挑战

远距离能量传送也是一个巨大的技术课题

  不过,当前建设空间太阳能电站首先是技术难题,对于现有的航天器技术提出了很大挑战:规模大,质量达到万吨以上,比目前的卫星高出4个数量级,需要采用新材料和新型运载技术;面积达到数平方公里以上,比目前的卫星高出6个数量级,需要采用特殊的结构、空间组装和姿态控制技术;功率大,发电功率为吉瓦,比目前的卫星高出6个数量级,需要特别的电源管理和热控技术;寿命长,至少达到30年以上,比目前的卫星高出一倍以上,需要新材料和在轨维护技术;效率高,需要先进的空间太阳能转化技术和微波转化传输技术。

再次是环境影响。虽然空间太阳能电站功率很大,但由于微波能量传输距离远,根据微波能量传输特性,实际接收天线的能量密度比较低。

  其次是成本问题。有专家估算,建设一个天基太阳能发电站需要耗资3000亿至10000亿美元。因此,成本问题可能是制约空间太阳能电站发展的主要因素。在新概念、新技术和大规模商业化之前,收入难以补偿整个系统的建造和运行成本。

最后是运行问题。空间太阳能电站运行中还有许多问题,其中包括需采取相应措施对波束进行安全控制问题、对于飞行器的影响、空间碎片可能对空间太阳能电站造成局部损害、易攻击性、可能成为空间垃圾等。此外,还有轨道和频率、产能、发射能力等问题。

  再次是环境影响。虽然空间太阳能电站功率很大,但由于微波能量传输距离远(36000公里),根据微波能量传输特性,实际接收天线的能量密度比较低。

域外方案

  最后是运行问题。空间太阳能电站运行中还有许多问题,其中包括需采取相应措施对波束进行安全控制问题、对于飞行器的影响、空间碎片可能对空间太阳能电站造成局部损害、易攻击性、可能成为空间垃圾等。此外,还有轨道和频率、产能、发射能力等问题。

美国 1979 SPS基准系统:这是第一个比较完整的空间太阳能电站的系统设计方案,由美国在1979年完成,以全美国一半的发电量为目标进行设计。其设计方案为在地球静止轨道上布置60个发电能力各为5吉瓦的发电卫星。

  域外方案

集成对称聚光系统:NASA在20世纪90年代末的SERT研究计划中提出的方案。采用了位于桅杆两边的大型蚌壳状聚光器将太阳能反射到两个位于中央的光伏阵列。聚光器面向太阳,桅杆、电池阵、发射阵作为一体,旋转对地。聚光器与桅杆间相互旋转以应对每天的轨道变化和季节变化。

  美国:1979 SPS基准系统,这是第一个比较完整的空间太阳能电站的系统设计方案,由美国在1979年完成,以全美国一半的发电量为目标进行设计。其设计方案为在地球静止轨道上布置60个发电能力各为5吉瓦的发电卫星。

日本 分布式绳系卫星系统:为减小单个模块的复杂性和重量,日本科学家提出了分布式绳系卫星的概念。其基本单元由尺寸为100米×95米的单元板和卫星平台组成,单元板和卫星平台间采用四根2千米~10千米的绳系悬挂在一起。单元板是由太阳能电池、微波转换装置和发射天线组成的夹层结构板,共包含3800个模块。每个单元板的总重约为42.5吨,微波能量传输功率为2.1兆瓦。由25块单元板组成子板,25块子板组成整个系统。该设计方案的模块化设计思想非常清晰,有利于系统的组装、维护。但系统的质量仍显巨大,特别是利用效率较低。

  集成对称聚光系统:NASA在20世纪90年代末的SERT研究计划中提出的方案。采用了位于桅杆两边的大型蚌壳状聚光器将太阳能反射到两个位于中央的光伏阵列。聚光器面向太阳,桅杆、电池阵、发射阵作为一体,旋转对地。聚光器与桅杆间相互旋转以应对每天的轨道变化和季节变化。

欧洲 太阳帆塔:欧洲在1998年“空间及探索利用的系统概念、结构和技术研究”计划中提出了欧洲太阳帆塔的概念。该方案基于美国提出的太阳塔概念,并采用许多新技术。其中最主要的是采用了可展开的轻型结构——太阳帆。其可以大大降低系统的总重量、减小系统的装配难度。其中每一块太阳帆电池阵为一个模块,尺寸为150米×150米,发射入轨后自动展开,在低地轨道进行系统组装,再通过电推力器转移至地球同步轨道。由于该方案采用梯度稳定方式实现发射天线对地球定向,所以太阳帆板无法实现持续对日定向。[page]

  日本:分布式绳系卫星系统,为减小单个模块的复杂性和重量,日本科学家提出了分布式绳系卫星的概念。其基本单元由尺寸为100米×95米的单元板和卫星平台组成,单元板和卫星平台间采用四根2千米~10千米的绳系悬挂在一起。单元板是由太阳能电池、微波转换装置和发射天线组成的夹层结构板,共包含3800个模块。每个单元板的总重约为42.5吨,微波能量传输功率为2.1兆瓦。由25块单元板组成子板,25块子板组成整个系统。该设计方案的模块化设计思想非常清晰,有利于系统的组装、维护。但系统的质量仍显巨大,特别是利用效率较低。

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  欧洲:太阳帆塔,欧洲在1998年“空间及探索利用的系统概念、结构和技术研究”计划中提出了欧洲太阳帆塔的概念。该方案基于美国提出的太阳塔概念,并采用许多新技术。其中最主要的是采用了可展开的轻型结构——太阳帆。其可以大大降低系统的总重量、减小系统的装配难度。其中每一块太阳帆电池阵为一个模块,尺寸为150米×150米,发射入轨后自动展开,在低地轨道进行系统组装,再通过电推力器转移至地球同步轨道。由于该方案采用梯度稳定方式实现发射天线对地球定向,所以太阳帆板无法实现持续对日定向。

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空间太阳能发电站试验飞行器模拟图[page]

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空间太阳能发电站想象图[page]

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空间太阳能发电站想象图[page]

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空间太阳能发电装置想象图[page]

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地面太阳能发电站的巨大电池板[page]

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未来空间利用中,太阳能发电将是一项核心技术[page]

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