一种轻量级空间太阳能发电与传输卫星
天体物理仪器与方法
2022-07-22 v2
摘要
我们提出了一种轻量、高性能的天基太阳能阵列新设计，结合功率波束能力，用于在地球同步轨道运行并向地球传输电力。我们采用称为瓦片的小型可重复单元模块的模块化配置，每个瓦片独立执行电力收集、转换与传输。阳光通过轻量抛物面聚光器收集，并由高效 III-V 族光伏器件转换为直流电力。每个瓦片内的若干 CMOS 集成电路利用直流电力生成并控制多个独立控制微波源的相位。这些源耦合到多个辐射天线，作为大型相控阵的单元将射频电力波束至地球。电力以 1-10 GHz 范围内选定的频率发送至地球，并由地面整流天线以不大于环境阳光的本地强度收集。通过利用太阳能聚光、当前 CMOS 集成电路技术与超轻结构元件，我们实现了相较先前设计显著降低的质量。值得注意的是，该卫星在完全部署后无可动部件，所有波束转向均以电子方式完成。我们的设计安全、可扩展，并能够以从可装入立方体卫星的单个单元开始逐步更大的配置进行部署与测试。本文所报告设计的面积质量密度为 160 g/m²，端到端效率为 7-14%。我们认为这是向实现曾属科幻概念的天基太阳能迈出的重要一步。
引用
@article{arxiv.2206.08373,
title = {A Lightweight Space-based Solar Power Generation and Transmission Satellite},
author = {Behrooz Abiri and Manan Arya and Florian Bohn and Austin Fikes and Matan Gal-Katziri and Eleftherios Gdoutos and Ashish Goel and Pilar Espinet Gonzalez and Michael Kelzenberg and Nicolas Lee and Michael A. Marshall and Tatiana Roy and Fabien Royer and Emily C. Warmann and Nina Vaidya and Tatiana Vinogradova and Richard Madonna and Harry Atwater and Ali Hajimiri and Sergio Pellegrino},
journal= {arXiv preprint arXiv:2206.08373},
year = {2022}
}