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基本信息
- 項目名稱：
- 行星表面探測器的微波無線能量傳輸裝置
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 設(shè)計制作一個微波無線能量傳輸裝置，依靠接收太空能源站的發(fā)射天線定向發(fā)射大功率微波能量，經(jīng)微波無線能量傳輸裝置的接收天線陣列和整流電路把微波能量高效率地轉(zhuǎn)換為可用的直流電能，為行星表面探測器的動力和搭載設(shè)備提供能源。
- 詳細介紹：
- 在人類近代歷史發(fā)展過程中，能源的開發(fā)、利用和輸送起著極其重要的作用，已構(gòu)成現(xiàn)代國民經(jīng)濟的主要支柱之一。目前能源運輸主要依賴交通工具或高壓送電設(shè)備，需耗費大量人力和物力，在運輸過程中還存在大量的能源浪費問題。因此，人們就開始系統(tǒng)的研究用微波輸送能量。 本發(fā)明設(shè)計制作一個應(yīng)用于行星表面探測器的微波無線能量傳輸裝置，依靠接收太空能源站的發(fā)射天線定向發(fā)射大功率微波能量，經(jīng)微波無線能量傳輸裝置的接收天線陣列和整流電路把微波能量高效率地轉(zhuǎn)換為可用的直流電能，為行星表面探測器的動力和搭載設(shè)備提供能源。該裝置具有重量輕、工作時間長、安全性和穩(wěn)定性高、靈活等特點。并為解決能源的不間斷補給提供了一種新的解決方案。 特點：1、重量輕。動力來自燃料的探測器工作時間短、裝置體積大和有效載荷小，使用微波無線輸能裝置，可以減輕探測器的自身重量，并且可以提供穩(wěn)定的能源供應(yīng)；2、工作時間長。來自太陽能供能的探測器受到太陽輻射角度、灰塵和行星大氣環(huán)境的影響很大，而且太陽能板會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，裝配微波無線能量傳輸裝置的行星表面探測器幾乎不受天氣影響、長時間工作和成本低。3、安全性和穩(wěn)定性高。微波無線輸能裝置能更好的解決行星上能源補給和穩(wěn)定持續(xù)的供應(yīng)問題；4、靈活性高。該微波無線能量傳輸裝置采用無線方式，可應(yīng)用于移動性的載體，并且能夠?qū)崿F(xiàn)一對一或一對多的能量傳輸。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：為了減輕行星表面探測器的負(fù)載重量和解決行星上的能源的不間斷供應(yīng)問題，設(shè)計和實現(xiàn)了一種應(yīng)用于行星表面探測器的微波無線能量傳輸裝置，實現(xiàn)行星表面探測器無需攜帶能源，并能保持長時間工作。 思路：設(shè)計制作一個微波無線能量傳輸裝置，依靠接收太空能源站的發(fā)射天線定向發(fā)射大功率微波能量，經(jīng)該裝置的接收天線陣列和整流電路把微波能量高效率地轉(zhuǎn)換為可用的直流電能，為行星表面探測器的動力和搭載設(shè)備提供能源。 創(chuàng)新點：1、行星表面探測器自身攜帶能源過重，使用無線輸能，可以減輕探測器的自身重量，并且可以提供穩(wěn)定的能源供應(yīng)；2、太陽能供電會受到太陽輻射角度、行星大氣環(huán)境和灰塵的影響，而微波的傳輸不受氣候環(huán)境的影響，并且可靠穩(wěn)定的工作；3、微波無線輸能裝置能更好的解決行星上能源的補給和持續(xù)性供應(yīng)的問題；4、該裝置可應(yīng)用于移動性的載體，能夠?qū)崿F(xiàn)一對一或一對多的能量傳輸。 技術(shù)關(guān)鍵：1、微波整流天線陣列技術(shù)，轉(zhuǎn)換效率高；2、可靠的電磁兼容系統(tǒng)設(shè)計；3、高定向性高增益的輻射天線，使微波能以很窄的波束形式發(fā)射，集中微波能量定向傳輸；4、高功率微波源，以保證能量供給充足和保持微波波束的穩(wěn)定；5、太空能源站與行星表面探測器一對一或一對多的能量傳輸。 主要技術(shù)指標(biāo)：1.微波輸能工作頻率2450MHz；2.微波發(fā)射功率不低于700W；3.發(fā)射天線增益不低于24dBi； 4.接收整流天線面積不低于1平方米；5.微波整流電路效率高于50%；6.轉(zhuǎn)換后輸出的直流功率可以用于驅(qū)動行星表面探測器和通信。
科學(xué)性、先進性
- 科學(xué)性：行星表面探測器的微波無線能量傳輸裝置是微波輸能技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)等多學(xué)科的交叉研究成果。隨著技術(shù)的發(fā)展，行星表面探測器的微波無線能量傳輸裝置的高定向性、高效性和大功率傳輸?shù)裙δ艿脑絹碓酵晟?，能夠滿足未來更多的發(fā)展。 先進性：1、重量輕。動力來自燃料的探測器工作時間短、裝置體積大和有效載荷小，使用微波無線輸能裝置，可以減輕探測器的自身重量，并且可以提供穩(wěn)定的能源供應(yīng)；2、工作時間長。來自太陽能供能的探測器受到太陽輻射角度、灰塵和行星大氣環(huán)境的影響很大，而且太陽能板會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，裝配微波無線能量傳輸裝置的行星表面探測器幾乎不受天氣影響、長時間工作和成本低。3、安全性和穩(wěn)定性高。微波無線輸能裝置能更好的解決行星上能源補給和穩(wěn)定持續(xù)的供應(yīng)問題；4、靈活性高。該微波無線能量傳輸裝置采用無線方式，可應(yīng)用于移動性的載體，并且能夠?qū)崿F(xiàn)一對一或一對多的能量傳輸。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- ■實物、產(chǎn)品 ■錄像 ■圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 技術(shù)特點和優(yōu)勢：1、該裝置采用無線方式，可應(yīng)用于移動性載體，可實現(xiàn)一對一或一對多的能量傳輸；2、微波輸能幾乎不受天氣影響、長時間工作；3、解決行星能源補給和持續(xù)性供應(yīng)問題。 適用范圍：1、應(yīng)用于空間太陽能發(fā)電站（空對地）。將空間太陽能發(fā)電站的電能，經(jīng)該裝置輸送到地球上；2、應(yīng)用于高空飛行平臺（地對空）。依靠接收地面的微波能源來驅(qū)動無人機或飛艇，實現(xiàn)長時間的偵察或作為高空中繼站用于通訊；3、微波輸電（地對地）。傳統(tǒng)的高壓輸電線的架設(shè)，耗費人力物力，而蓄電池能量攜帶有限需要充電，太陽能電池易受天氣環(huán)境影響，而且轉(zhuǎn)換效率低。應(yīng)用微波輸電能更好的解決上述問題；4、太空供能（空對空）。太空能源站通過該裝置實現(xiàn)對近距離太空衛(wèi)星群的大規(guī)模能源供應(yīng)。 市場分析與經(jīng)濟效益預(yù)測：該裝置可長時間應(yīng)用于行星表面探測器在行星上進行監(jiān)視、通信中繼和遙感探測等活動，為持久穩(wěn)固地情報搜集、監(jiān)視偵察、通信任務(wù)和實現(xiàn)太空飛行器的群體能源供應(yīng)提供了寬廣的潛力；應(yīng)用該設(shè)備將太空中的能源輸送到地球，能更好的解決地球能源危機。
同類課題研究水平概述
- 傳統(tǒng)的高壓輸電線的架設(shè)，耗費人力物力，對地理環(huán)境較為復(fù)雜的山區(qū)、荒漠、孤島更是如此。而蓄電池能量攜帶有限需要充電，太陽能電池受天氣環(huán)境的影響很大，而且轉(zhuǎn)換效率不高。用先進的微波無線輸電手段代替高壓輸電線是歐美日等發(fā)達國家正在努力的方向。 1975年美國國家噴氣推進實驗室JPL在加州演示了收發(fā)兩端相距1英里的微波功率傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)接收端整流天線得到了30Kw的直流功率。 1987年，加拿大成功的讓機翼長為4.5 m的飛機在2.45 GHz的微波功率驅(qū)動下，在低空飛行了20分鐘。 1994年—1995年日本也進行了地面上兩點間的微波無線傳輸能量實驗，接收裝置是一個3.2米×3.6米的大型整流天線陣，整個整流天線陣的微波—直流轉(zhuǎn)換效率達到了46%。 1996年12月，法國在美國、俄羅斯、日本等國支持下，成功研制了一個微波無線供能系統(tǒng)，此系統(tǒng)在留尼旺島岡巴桑峽谷，將電能以微波波束的形式從峽谷的項端傳送到底部，解決了峽谷內(nèi)小村莊的生活、通信用電問題。 2000年6月美國科學(xué)家利用微波將一小型飛行器成功地運入太空，標(biāo)志著人類利用微波能量取得突破性進展。 利用微波將太空太陽能傳輸?shù)降孛鎭硎褂茫蔀槲⒉o線供能的一個重要趨勢。加州最大電力公司—太平洋天然氣與電力公司已經(jīng)宣布，計劃向欲打造世界上首座軌道太陽能發(fā)電廠的Solaren公司購買電量。根據(jù)計劃，Solaren將利用繞地球軌道運行的太陽能電池板發(fā)電，而后將電量轉(zhuǎn)換成微波加以傳送，位于弗雷斯諾的地面接收站則負(fù)責(zé)接收微波。然后微波將轉(zhuǎn)換成電量并輸入電網(wǎng)。 日本航空宇宙開發(fā)中心（JAXA）也在研究類似的太空太陽能發(fā)電系統(tǒng)(SSPS)，有望于2030年前啟動。在北海道的研究基地，日本科學(xué)家用直徑2.4m的儀器裝置進行了地面接收太空微波的實驗。JAXA的最終目標(biāo)是要建立一個約3平方公里的地面接收站，生產(chǎn)100萬千瓦的電力，給50萬個家庭供電。 目前，微波無線功率傳輸在國外已經(jīng)開展了大量研究，但是微波無線功率傳輸?shù)难芯吭趪鴥?nèi)尚處于起步階段。我們結(jié)合自身微波技術(shù)研究的特點，在微波無線輸能方面開展了大量的研究，具有較好的研究基礎(chǔ)。我們前期設(shè)計實現(xiàn)的微波無線供能動力小車，已經(jīng)成功完成了演示。
