Солнечная космическая электростанция Российский патент 2017 года по МПК B64G1/44 H04B7/185 

Изобретение относится к области космонавтики и, в частности, к разделу электрической связи и передачи энергии со станций, расположенных в космосе, на Землю.

Известна солнечная космическая электростанция (СКЭС) и автономная фотоизлучающая панель, которая включает в себя базовый модуль, содержащий систему управления, систему охлаждения и систему питания, фотопреобразующие панели, соединенные с базовым модулем, и устройство дистанционной передачи энергии, включающее зеркальную систему, при этом каждая фотопреобразующая панель выполнена в виде системы из панелей двух видов: фотоэлектрических панелей и автономных фотоизлучающих панелей, соединенных между собой в цепочку с возможностью самораскрытия и выстраивания в замкнутую плоскую зигзагообразную фигуру, стержни указанной конструкции соединены с теплоотводящим основанием каркаса, кроме того, внутри каркаса на его основании смонтированы блок управления фотоизлучающей панелью с приемно-передающей антенной, устройство преобразования электрической энергии в световую в виде волоконных лазеров, система управления базового модуля включает в себя радиопередатчик управления работой автономных фотоизлучающих панелей и приемно-передающую антенну связи с наземным сегментом. [Патент RU 2492124, МКл. B64G 1/44, B64G 1/42, B64G 1/10 от 10.09.2013 г.]

Недостатком данного устройства являются приводы, выполненные из металла с памятью, так как для того, чтобы металл принял прежнюю форму нужно создать определенные условия, такие как высокая температура.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является солнечная космическая электростанция, размещенная на околоземной геосинхронной орбите (орбита обращающегося вокруг Земли спутника, на которой период обращения равен звездному периоду вращения Земли - 23 час 56 мин 4,1 с. [Геосинхронная орбита www.wikipedia.org]), состоящая из несущих конструкций, на которых закреплены тонкопленочные солнечные батареи, воспринимающие поток солнечной радиации и преобразующие ее в электроэнергию постоянного тока, которая выполнена в составе продольной базовой части, на которой перпендикулярно ей прикреплены ветви в одной плоскости, причем указанные конструкции собраны из цилиндрических складных облегченных герметичных блоков-оболочек из гибкого деформируемого материала с прикрепленными к ним снаружи тонкопленочными солнечными батареями, а изнутри линейными элементами жесткости. [Патент RU 2094334, МКл. B64G 1/00 от 18.04.1994 г. (прототип)]

Недостатком данного устройства являются тонкопленочные солнечные батареи, так как они менее надежны, чем обычные фотопанели, и обладают меньшим коэффициентом прочности.

Целью изобретения является повышение производительности передачи энергии, ее удешевление и увеличение площадей покрытия солнечной энергией районов на Земле, потребляющих эту энергию.

Указанная цель достигается тем, что солнечная космическая электростанция, состоящая из несущих конструкций, на которых закреплены солнечные батареи - солнечный коллектор, воспринимающий поток солнечной радиации и преобразующий ее в электроэнергию постоянного тока, и блок дистанционной передачи энергии, при этом схема развертывания солнечного коллектора, который одновременно является и источником питания станции, выполнена в виде фотопанели-многоугольника с четным количеством углов, состоящей из большой квадратной фотопластины, четырех основных прямоугольных фотопластин и восьми основных треугольных фотопластин, и дополнительного многолепесткового механизма многоугольника, состоящего из вспомогательных квадратных и треугольных равнобедренных фотопластин.

В сложенном состоянии солнечный коллектор представляет собой куб с соединениями из автоматических крючков и петель, которые разъединены в сложенном состоянии, а при разворачивании соединяются. Блок дистанционной передачи энергии представляет собой пучок антенн, соединенных между собой так, что они направляют энергию в одну общую точку, где расположен усилитель, который перенаправляет пучок энергии на Землю. На Земле энергию принимают уже существующие электростанции, на которых размещено приемное оборудование. Солнечный коллектор состоит из фотопанели в виде многоугольника с четным количеством углов, к каждой стороне которого присоединены квадратные и треугольные фотопластины. Солнечный коллектор, принимающий энергию, одновременно является источником питания самой солнечной космической электростанции. Солнечный коллектор полностью автоматически разворачивается в космическом пространстве посредством многолепесткового механизма раскрытия. Блок дистанционной передачи энергии представляет собой пучок антенн. В качестве станций приема электроэнергии используются уже существующие электростанции, на которых размещено приемное оборудование.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является увеличение площадей потребления солнечной энергии наземными солнечными станциями, перерабатывающими полученное излучение в электрическую энергию, и ее удешевление.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена солнечная космическая электростанция; на фиг. 2 показана схема развертывания солнечного коллектора; на фиг. 3 изображен пример соединения фотопластин при помощи телескопических гибких креплений в сложенном состоянии; на фиг. 4 изображено телескопическое гибкое крепление в разложенном виде; на фиг. 5(а) представлено сечение телескопического гибкого крепления в сложенном состоянии; на фиг. 5(б) представлено сечение торца телескопического гибкого крепления; на фиг. 6 изображен гофрированный механизм сгиба; на фиг. 7 изображен автоматический крючок в сложенном состоянии; на фиг. 8(a) изображен сработавший автоматический крючок; фиг. 8(б) изображена петля (вид сверху); на фиг. 9 показано телескопическое гибкое крепление с разложенном виде; на фиг. 10-13 показаны этапы развертывания солнечного коллектора; на фиг. 14 изображен пучок антенн: на фиг. 15 обозначено сечение пучка антенны с корпусом станции (вид сбоку).

Солнечная космическая электростанция (СКЭС) фиг. 1 содержит солнечный коллектор - 1, выполненный, например, в виде восьмиугольного лепестка, корпус станции - 2, пучок СВЧ-антенн - 3. На фиг. 2 представлена схема развертывания солнечного коллектора (на примере восьмиугольника), на которой приведены: восьмиугольник - 4, основная квадратная фотопластина - 5, основная прямоугольная фотопластина - 6, основная треугольная фотопластина - 7, вспомогательная треугольная фотопластина - 8, вспомогательная квадратная фотопластина - 9. Тонкими штрихпунктирными линиями обозначены телескопические гибкие крепления - 10, жирными сплошными линиями показаны автоматический крючок - 11 и петля - 12. Жирными пунктирными линиями обозначены грани фотопластин, которые смазываются клеем, тающем на Солнце. По тонким штрихпунктирным и жирным пунктирным линиям устанавливают телескопические гибкие крепления - 10 и ребра фотопластин, показанных жирными пунктирными линиями, и квадратные лепестковые фотопластины - 13, состоящие из вспомогательных треугольных фотопластин - 8, вспомогательных квадратных фотопластин - 9 смазывают клеем.

На фиг. 3 изображен пример соединения фотопластин - 6 и - 5 при помощи телескопических гибких креплений - 10 в сложенном состоянии. На фиг. 4 изображено телескопическое гибкое крепление - 10 в разложенном виде с телескопическими удлинителями - 14, - 15, - 16, стержнем - 17 и гофрированным механизмом изгиба - 18. На фиг. 5(а) представлено сечение телескопического гибкого крепления - 10 в сложенном состоянии. На фиг. 5(б) представлено сечение торца телескопического гибкого крепления - 10. На фиг. 6 изображен гофрированный механизм изгиба в действии со стержнем - 17 и гофрированным механизмом изгиба - 18. На фиг. 7 изображен автоматический крючок в сложенном состоянии с замком - 19, цилиндрическим корпусом крючка - 20, поршнем - 21, полой цилиндрической дугой - 22, цилиндрической дугой - 23, стпорным наконечником - 24 и заслонкой - 25.

На фиг. 8(а) изображен сработавший автоматический крючок с петлей - 12. На фиг. 8(б) показана петля, присоединенная к основной прямоугольной фотопластине - 6, вспомогательной треугольной фотопластине - 8, вспомогательной квадратной фотопластине - 9. На фиг. 9 показано телескопическое гибкое крепление в разложенном виде на примере вспомогательных квадратных фотопластин - 9. На фиг. 10 - 13 показаны этапы развертывания солнечного коллектора - 1. На фиг. 14 изображен пучок параболических - 26, например СВЧ-антенн, направляющих свое излучение на усилительный блок - 27 дистанционной передачи СВЧ-энергии на земные электростанции (вид сверху). {Тонкая пунктирная линия обозначает сечение). На фиг. 15 обозначено сечение пучка антенны - 3 с корпусом станции - 2 (вид сбоку).

Солнечная космическая электростанция работает следующим образом.

Энергия солнечного излучения поступает на солнечный коллектор – 1, воспринимающий поток солнечной радиации и преобразующий ее в электроэнергию постоянного тока. Меньшая часть всего полученного излучения поступает в аккумулятор для работы приемно-преобразующей аппаратуры, расположенной в корпусе станции - 2, остальная энергия идет в аккумулятор, предназначенный для трансляции энергии на Землю, как показано на схеме на фиг. 16. Если аккумулятор полностью заполнен, то излишки энергии поступают в буфер. Затем энергия направляется в СВЧ-генераторы и на пучок СВЧ-антенн - 3 с СВЧ-излучателями - 28 при помощи блока дистанционной передачи энергии пучками передают энергию на Землю в заданное время и заданное место, при этом учитывается расстояние и время прохождения энергии между СКЭС и приемной станцией, а так же местоположение станции на Земле и атмосферные помехи. Принятая энергия на Земле ректенной преобразовывается в энергию постоянного тока и отправляется потребителю.

После запуска солнечной космической электростанции (СКЭС) до заданного местоположения происходит автоматическое развертывание солнечного коллектора - 1, после того как клей (обозначен жирными пунктирными линиями) весь растает. Солнечный коллектор - 1 состоит из вспомогательных квадратных - 9 и вспомогательных треугольных фотоплатсин - 8, которые составляют квадратные лепестковые фотопластины - 13, размеры которых определяются исходя из длин сторон восьмиугольника - 4, который состоит из большой квадратной фотопластина - 5, основных прямоугольных фотопластина - 6, основной треугольной фотопластина - 7. В собранном виде солнечный коллектор -1 представляет собой куб (фиг. 10), который соединен с корпусом станции - 2 главной квадратной фотопластиной - 5. Все фотопластины скреплены между собой телескопическими гибкими креплениями - 10, что обозначено тонкими штрихпунктирными линиями. Сначала собираются лепестки солнечного коллектора - 1, состоящие из вспомогательных квадратных - 9 и вспомогательных треугольных фотоплатсин - 8, при этом телескопические гибкие крепления между ними складываются, как показано на фиг. 5.

Соединения, состоящие из автоматических крючков - 11 и петель - 12, изображенные жирными сплошными линиями, в изначальном варианте разъединены. Затем, когда телескопические гибкие крепления - 10 складываются, автоматический крючок - 11 попадает в петлю - 12 и замыкается, как показано на фиг. 8.

Автоматический крючок работает следующим образом: петля - 12 сдвигает вверх заслонку - 25 с полой цилиндрической дуги - 22 и поршень - 21, находящийся в корпусе крючка - 20, выдавливает цилиндрическую дугу - 23 до тех пор, пока стопорный наконечник - 24 не попадет в замок - 19. По этому принципу собирается весь солнечный коллектор - 1, однако телескопические гибкие крепления между многоугольником - 4 и его лепестками - 13 складываются не целиком, а разворачивают лепестки - 13 так, чтобы получить максимальную энергию от Солнца. После того как солнечный коллектор - 1 развернулся, он начинает принимать солнечную энергию, причем 10% полученный энергии идет на работу самой электростанции.

Полученная от Солнца энергия солнечным коллектором - 1 преобразуется в корпусе станции - 2 и поступает в пучок антенн - 3, который состоит из нескольких параболических антенн - 26, например, СВЧ-диапазона (в данном примере их 5), прикрепленных к корпусу станции - 2, как показано на фиг. 1 и фиг 15.

Преобразование солнечной энергии в СВЧ-излучения происходит по схеме, показанной на фиг. 16. Солнечный коллектор - 1 принимает солнечное излучение. Оно распределяется по двум направлениям. Меньшая часть поступает в аккумулятор, предназначенный для питания самого космического сегмента СКЭС. Большая часть полученной энергии передается в аккумулятор, предназначенный для трансляции на Землю, причем, если этот аккумулятор переполнен, то излишки энергии передаются в буфер. Затем, по команде с управляющего устройства, энергия поступает в СВЧ-генераторы и на пучок антенн - 3.

Параболические антенны - 26 с СВЧ-излучателями - 28 скреплены между собой так, что направляют СВЧ-излучение в одну общую точку, в которой находится блок дистанционной передачи энергии -27, который усиливает энергию СВЧ-излучения и транслирует ее на Землю.

Изобретение относится к области преобразования солнечной энергии и её передачи наземным потребителям. Космическая электростанция содержит солнечный коллектор (1) лепесткового типа, корпус станции (2) и пучок (3) СВЧ-антенн. Коллектор (1) выполнен из пластин (панелей) фотоэлектрических преобразователей - как основных, так и вспомогательных. Пластины имеют прямоугольную и треугольную форму. Их соединения выполнены в виде автоматических крючков и петель, которые при развёртывании коллектора соединяются посредством многолепесткового механизма. В сложенном виде коллектор (1) имеет форму куба. Антенны пучка (3) фокусируют СВЧ-энергию на усилитель, передающий эту энергию на наземные электростанции. Технический результат изобретения направлен на повышение эффективности преобразования и передачи энергии потребителям на обширных территориях Земли. 16 ил.

Солнечная космическая электростанция, состоящая из несущих конструкций, на которых закреплены солнечные батареи, солнечный коллектор, воспринимающий поток солнечной радиации и преобразующий ее в электроэнергию постоянного тока, и блок дистанционной передачи энергии, отличающаяся тем, что солнечный коллектор выполнен как светоприемное устройство и источник питания станции, а схема его развертывания выполнена в виде фотопанели-многоугольника с четным количеством углов, состоящей из большой квадратной фотопластины, четырех основных прямоугольных фотопластин и восьми основных треугольных фотопластин, дополнительного многолепесткового механизма раскрытия многоугольника, состоящего из вспомогательных квадратных и треугольных равнобедренных фотопластин, причём в сложенном состоянии солнечный коллектор представляет собой куб, соединения, выполненные в виде автоматических крючков и петель, разъединены в сложенном состоянии, а при развёртывании в космическом пространстве соединяются посредством многолепесткового механизма раскрытия, блок дистанционной передачи энергии выполнен в виде пучка СВЧ-антенн, соединенных между собой с возможностью фокусирования энергии в одной общей точке усилителя, направляющего пучок энергии на приемные земные электростанции.