在太空探索技术公司的火箭上，加州理工学院的原型测试了将太阳能输送到地球的方法

虽然太阳能是最丰富的能源之一，但它在地球表面是间歇性的，在很大程度上取决于天气。然而，太阳光可以在太空中连续照射。在太空中收集太阳能所产生的能量大约是地球上类似太阳能电池板的五倍。为了正确看待这一点，美国国家航天学会2007年的一项研究估计，地球同步轨道上半英里长的光伏发电带可以产生相当于地球上一年内所有剩余石油的能量。

 

加州理工学院的太空太阳能演示器。屏幕截图由加州理工学院提供

 

研究人员现在不仅在研究如何在太空中捕获太阳能，还研究如何通过微波或红外激光束将太阳能传输到地球。加州理工学院（Caltech）最近宣布，其名为太空太阳能演示器（SSPD）的原型于1月3日发射入轨道。该演示器将测试用于在太空中获取太阳能的关键部件。

加州理工学院太空太阳能发电项目（SSPP）吸引了欧文公司董事长、加州理工大学董事会终身成员唐纳德·布伦超过1亿美元的资金。多功能演示器收集阳光，将其转换为电能，并使用超轻型结构通过射频（RF）无线传输能量以进行集成。这是由太空探索技术公司（SpaceX）运载的执行“运输者-6”任务的“动力活力”（Momentus Vigoride）飞船的一部分。

 

为SSPD部署的技术

SSPD的工程师们探索了新技术、建筑、复合材料和结构，以克服重型太阳能电池和电力传输的挑战。他们制造了重量轻、耐用的部件和太阳能电池，可以在不可预测的太空条件下部署。

50 kg SSPD将测试项目的三个关键部件：

 

1. 多尔采（可在轨道上部署的超轻型复合材料实验）：一个6英尺乘6英尺的结构，用于测试太阳能汽车和相控阵天线的新架构。它采用超薄复合材料，具有卓越的效率和灵活性。它的模块化和部署机制将构成一个公里级的星座，形成一个发电站。
2. 阿尔巴尼亚语（意大利语中“黎明”的意思）：一个由32种不同类型的光伏电池组成的集合，用于评估恶劣空间条件下的电池类型。成功的测试将提供哪些太阳能电池在这些环境中高效可靠运行的数据。
3. 枫木（用于功率传输的低轨道实验的微波阵列）：一个轻型微波功率天线阵列，以地球上两个不同的接收器为中心，进行精确的定时控制，演示根据需要向多个特定目标进行选择性远距离功率传输。它执行功能验证，并评估不同空间条件下的系统性能。

 

将DOLCE连接到Momentus Vigoride飞船上的工程师。图片由加州理工学院提供

 

其他组件包括一盒与控制这些实验的Vigoride计算机接口的电子设备。这个盒子由摄像机组成，用来监视实验的进展。

 

定向无线电力传输是如何工作的？

功率发射机阵列的概念是基于干扰的。如果一个能量源在太空中传输能量，它将是全向的。然而，当两个或多个源发射时，会有一个区域存在相长干扰，这意味着来自所有源的能量相加。类似地，也有能量波相互抵消的区域，即相消干涉。

 

柔性天线片作为功率发射器阵列。图片由加州理工学院提供

 

如果天线阵列中的所有发射器都同相（同时发射），就会形成具有高方向性的高功率波束。加州理工学院的研究人员精确控制阵列中每个天线的定时，改变其方向性，并将能量同时传输到多个接收器。天线分离及其相位在波束形成中起着重要作用。

 

相控阵天线的图示。图片由Wikimedia Commons提供[CC0 1.0]

 

将演示器送入轨道

SSPD由太空探索技术公司的Momentus Vigoride飞船搭载在太空探索技术火箭上，作为“运输者-6”任务的一部分。火箭花了大约10分钟到达所需高度，之后Momentus飞船被部署到轨道上。

加州理工学院的团队计划在几周后开始他们的实验。其中一些测试，如DOLCE，将快速执行。然而，其他人需要更多的时间。对太阳能电池数据的评估和收集将需要长达六个月的时间来获得对哪些技术有效的新见解。