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心智觀察所:中國科學(xué)家提出全新太空太陽能電站設(shè)計,有望根本解決全球能源問題
"核心艙除了滿足基本的發(fā)電功能外,還剩余大量的內(nèi)部空間,可以搭載其他設(shè)備作為空間站使用,"研究人員解釋,"對于深空探測等任務(wù),還可通過其進(jìn)行遠(yuǎn)程電力供應(yīng)。"
據(jù)研究論文詳細(xì)介紹,SSPS-CMCA的總體結(jié)構(gòu)包括發(fā)電子衛(wèi)星和微波傳輸子衛(wèi)星兩大部分。發(fā)電子衛(wèi)星由圓柱形核心艙、光伏發(fā)電陣列、環(huán)形聚光陣列以及整體桁架組成。其中圓柱形核心艙采用標(biāo)準(zhǔn)化的模塊設(shè)計,兩端可進(jìn)行對接,便于航天器在太空中組裝。光伏發(fā)電陣列貼裝于圓柱形核心艙側(cè)面,通過一定的串并組合連接到電源總線上。
微波傳輸子衛(wèi)星的設(shè)計同樣精巧,包括與發(fā)電子衛(wèi)星相同的圓柱形核心艙、相控天線陣列以及方形桁架。相控天線陣列是該系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,它能通過軟件實現(xiàn)極快的角度切換和對地定向,大大減少了傳統(tǒng)系統(tǒng)對衛(wèi)星姿態(tài)控制的嚴(yán)格要求。
研究團(tuán)隊在功率和尺寸設(shè)計方面做了詳盡計算。整個系統(tǒng)的投影面積約為4平方公里,其中單個發(fā)電子衛(wèi)星對應(yīng)的地面接收功率為0.25吉瓦,外圈圓柱直徑為1公里,高度同樣為1公里。微波傳能子衛(wèi)星的面陣長為800米,高為750米,寬約600米。系統(tǒng)采用5.8GHz頻段的微波傳輸技術(shù),對應(yīng)的地面接收陣列設(shè)計為長3.2公里、寬3公里的長方形陣列。
為了解決SSPS在軌道上的控制問題,研究人員提出了兩種解決方案:一是在核心艙的星載設(shè)備中設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)化的動量輪模塊;二是采用電力推動發(fā)動機(jī)組裝于圓柱母線上??紤]到SSPS-CMCA的龐大體積,研究者設(shè)計了分組發(fā)射、太空組裝的實施方案,即先將各模塊發(fā)射至低地球軌道完成組裝,再通過專門的動力艙將整體系統(tǒng)送至地球同步軌道。
雖然SSPS-CMCA方案在可行性上有了顯著提升,但從概念到實際運(yùn)行,仍面臨不少挑戰(zhàn)。巨型結(jié)構(gòu)的太空建造、高效率的無線能量傳輸、大規(guī)模組件的可靠性等問題,都需要進(jìn)一步研究和突破。
不過,隨著各國航天技術(shù)的快速發(fā)展和對可再生能源需求的不斷增長,空間太陽能電站正逐漸從科幻走向現(xiàn)實。中國、美國、日本和歐洲都在加速相關(guān)研究,希望在這一潛在的能源革命中占據(jù)先機(jī)。
專家認(rèn)為,SSPS-CMCA方案為空間太陽能電站的實際工程建設(shè)提供了一條切實可行的路徑。如果這一技術(shù)能夠成功實現(xiàn),將從根本上改變?nèi)祟惖哪茉锤窬?,為解決地球能源短缺和環(huán)境污染問題開辟新的可能。
研究人員表示:"我們的設(shè)計方案與現(xiàn)有的SSPS概念相比,具有較高的應(yīng)用可行性、使用性能和擴(kuò)展性,對實際的SSPS建設(shè)工程有較好的參考意義"。同時,心智觀察所還發(fā)現(xiàn),沈陽航空航天大學(xué)在空間太陽能電站領(lǐng)域已經(jīng)申報多項技術(shù)專利,楊靖宇團(tuán)隊的主要研究方向也包括了空間太陽能電站能量傳輸系統(tǒng)智能協(xié)同與控制。
活躍的中國研究力量讓我們有理由相信,這種革命性的能源系統(tǒng)有望在未來一個不長的時間內(nèi)從概念變?yōu)楝F(xiàn)實,為人類可持續(xù)發(fā)展提供源源不斷的清潔能源,其對人類文明的意義,也將遠(yuǎn)在星鏈之上。
標(biāo)簽 心智觀察所- 原標(biāo)題:中國科學(xué)家提出全新太空太陽能電站設(shè)計,有望根本解決全球能源問題
- 責(zé)任編輯: 李昊 
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