在 SpaceX 最近的發射中，加州理工學院將其太空太陽能演示器(SSPD) 送入軌道，以收集太空中的太陽能并將其傳輸到地球。

雖然太陽能是最豐富的能源之一，但它在地球表面是間歇性的，并且在很大程度上取決于天氣。然而，可以在太空中連續獲取陽光。太空中的太陽能收集產生的能量大約是地球上類似太陽能電池板的五倍。為了正確看待這一點，美國國家空間協會 2007 年的一項研究估計，地球同步軌道上半英里帶的光伏發電產生的能量相當于地球上一年剩余的所有石油。



加州理工學院的太空太陽能演示器

研究人員現在不僅在研究如何在太空中捕獲太陽能，而且還在研究如何通過微波或紅外激光束將這種能量傳輸到地球。加州理工學院 (Caltech) 最近宣布，其稱為太空太陽能演示器 (SSPD) 的原型已于 1 月 3 日發射進入軌道。該演示器將測試旨在收集太空太陽能的關鍵組件。

加州理工學院太空太陽能發電項目 (SSPP) 已從歐文公司董事長兼加州理工學院董事會終身成員唐納德布倫那里吸引了超過 1 億美元的資金。多功能演示器收集陽光，將其轉化為電能，并使用超輕結構進行集成，通過射頻(RF) 無線傳輸能量。它是Momentus Vigoride 航天器的一部分，由執行Transporter-6 任務的SpaceX 火箭運載發射。

為 SSPD 部署的技術

從事 SSPD 工作的工程師探索了新技術、架構、復合材料和結構，以克服重型太陽能電池和電力傳輸的挑戰。他們制造的部件和太陽能電池重量輕且耐用，足以部署在不可預測的太空條件下。

50 公斤的SSPD 將測試該項目的三個關鍵組件：

1. DOLCE（可部署在軌超輕型復合材料實驗）：一個六英尺乘六英尺的結構，用于測試太陽能車輛和相控陣天線的新架構。它使用超薄復合材料實現卓越的效率和靈活性。它的模塊化和部署機制將組成一個公里級的星座，形成一個發電站。

2. ALBA（意大利語“黎明”的意思）：一組 32 種不同類型的光伏電池，用于評估惡劣空間條件下的電池類型。成功的測試將提供有關太陽能電池在這些環境中高效可靠運行的數據。

3. MAPLE（用于功率傳輸低軌道實驗的微波陣列）：一種輕型微波功率天線陣列，可精確定時控制，專注于地球上的兩個不同接收器，展示按需向多個特定目標的選擇性遠距離功率傳輸。它執行功能驗證并評估系統在不同空間條件下的性能。



工程師將 DOLCE 安裝到 Momentus Vigoride 航天器上。圖片由加州理工學院提供

其他組件包括一個與控制這些實驗的 Vigoride 計算機接口的電子設備盒。這個盒子由攝像頭組成，用于監控實驗的進展。

定向無線電力傳輸如何工作？

功率發射器陣列的概念基于干涉。如果一個源在空間中傳輸能量，它將是全向的。但是，當兩個或多個源傳輸時，會有一個區域存在建設性干涉，這意味著所有源的能量加起來。同樣，也有能量波相互抵消的區域，即相消干涉。



柔性天線片作為功率發射器陣列。圖片由加州理工學院提供

如果天線陣列中的所有發射器同相（同時發射），將形成具有高方向性的高功率波束。加州理工學院的研究人員精確控制陣列中每個天線的時間，改變其方向性并將能量同時傳輸到多個接收器。天線分離及其相位在波束成形中起著重要作用。



相控陣天線的圖示。圖片由Wikimedia Commons [ CC0 1.0 ]提供將演示器送入軌道

作為 Transporter-6 任務的一部分，SSPD由 SpaceX 火箭上的 Momentus Vigoride 航天器攜帶。火箭用了大約 10 分鐘到達預定高度，之后 Momentus 航天器被部署到軌道上。

加州理工學院的團隊計劃在幾周內開始他們的實驗。其中一些測試（如 DOLCE）將快速執行。然而，其他任務將需要更多時間。太陽能電池數據的評估和收集將需要長達六個月的時間才能獲得有關哪些技術有效的新見解。

作者： 來源：EETOP半導體社區 責任編輯：jianping