[发明专利]一种基于激光诱导等离子体的空间太阳能无线传输方法

说明书

技术领域

本发明属于空间太阳能领域，涉及无线能量传输技术，特别涉及激光等离子体相互作用。

背景技术

随着科学发展，各国在空间太阳能传输方面有着类似的发展轨迹，目前的空间太阳能电站计划都是采用基于微波或者激光的无线能量传输方式，主要工作为试验无线电力传输技术，着重于电离层和大气层的影响评估，验证波束控制技术及安全性，涉及无线能量传输技术的各个方面。

第一种方法是基于微波的无线能量传输方式。微波无线能量传输是指将位于地球同步轨道上的太阳能电池获得的电力转换为微波传输到地面。在地面微波使用接收整流天线将微波重新转换为电能，实现太阳能发电的功能。为了在大气中实现高效率的微波传输，一般采用不受云、雨等气象条件影响的工业、科学和医疗（ISM）频带中的2.45Hz或者5.8GHz（波长0.12-0.05m）的微波频率。微波无线能量传输技术涉及三个关键性问题，第一个是微波能量高效传输，第二个是微波传输的安全性问题，第三个是地面接收阵列的面积与造价。这三个问题相互影响，彼此制约。提高微波传输功率，可以有效降低地面接收系统的面积，进而降低系统造价，但是必须考虑大功率微波传输的安全性及可能引起的生态问题。

第二种方法是基于激光的无线能量传输方式。此方法是指在地球同步轨道上的太阳能发电卫星利用电激励的方式或者太阳能直接泵浦激光的方式将太阳能转换为激光，再传输至地面接收装置，进而利用光电转换装置将接收到的激光转换为电力，或者直接利用激光分解海水制造氢气。激光无线能量传输技术开展得相对较晚，但是由于激光本身特性，使得这种无线能量传输方式显现出独特优势。相比较微波无线能量传输方式，激光无线能量传输方式可以利用更窄的光束，使用更小的发射装置，允许更高的能量密度；在可见光与近红外波段具有大气传输窗口，多采用1064nm的激光频段进行传输；激光无线能量传输所需地面接收设备面积小，造价相对便宜。但是，激光穿过大气层时，有能量损耗，在恶劣气候条件下不能使用，而且大功率的激光技术目前还有很多难点，需要进一步研究才能得以应用。

空间太阳能电站无线能量传输技术的发展，一方面希望从现有的无线能量传输方案中寻求突破，另一方面也需要分析传输链路，建立新型传输模型，提出新技术与新方案。

发明内容

本发明的技术解决问题是：提供一种基于激光诱导等离子体的新型空间太阳能无线传输方法，该方法在空间太阳能电站和地基接收装置间增加了驻留平台，实现对传输区域的划分构成了真空-大气两区域传输模型，在真空区域使用现有的基于激光的无线能量传输方式，在大气区域利用等离子体通道将电能直接传输至地面接收装置，实现高可靠性高效率的空间太阳能传输。

本发明的技术解决方案是：

一种基于激光诱导等离子体的空间太阳能无线传输方法基于的系统包括空间太阳能电站、驻留平台、地面接收装置，空间太阳能电站又包括空间控制装置、太阳能收集装置、太阳能发电及激光产生装置和激光发射装置1；驻留平台又包括光电转换板、激光发生装置2、电能耦合接入装置和驻留平台控制装置，具体步骤如下：

（1）空间控制装置向太阳能收集装置发送收集太阳能的指令，太阳能收集装置完成空间太阳能的收集并将其传输给太阳能发电及激光产生装置；

（2）太阳能发电及激光产生装置在空间控制装置指令的驱动下将太阳能收集装置收集到的太阳能转化为电能存储，然后泵浦产生半导体激光并通过光纤输送到激光发射装置1；

（3）激光发射装置1接收空间控制装置指令将多路光纤输送的半导体激光合成一束激光后经过真空区域传输到驻留平台；

（4）驻留平台的光电转换板将激光发射装置1传输来的1064nm的激光频段的光能量转换存储为电能并向驻留平台控制装置发送信号通知其电能存储完毕；

（5）驻留平台控制装置向激光发射装置2发送指令向大气区域发射激光脉冲构建丝状等离子体通道；

（6）丝状等离子通道与地面接收装置建立连接后，地面接收装置向驻留平台控制装置发送信号通知通道建立完毕，驻留平台控制装置触发电能耦合接入装置将光电转换板存储的电能引入等离子体通道定向传输到地面接收装置；

（7）地面接收装置接收并存储电能完成空间太阳能传输。

所述驻留平台位于大气区域边沿，将传输区域划分为真空区域和大气区域。

所述激光发射装置2是一种能够输出太瓦级高功率的激光产生装置，采用基于啁啾脉冲放大原理的掺钛蓝宝石飞秒激光器。

本发明与现有技术相比优点在于：