RU2094949C1 - Method and device for lunar space power supply - Google Patents
Method and device for lunar space power supply Download PDFInfo
- Publication number
- RU2094949C1 RU2094949C1 RU9595100207A RU95100207A RU2094949C1 RU 2094949 C1 RU2094949 C1 RU 2094949C1 RU 9595100207 A RU9595100207 A RU 9595100207A RU 95100207 A RU95100207 A RU 95100207A RU 2094949 C1 RU2094949 C1 RU 2094949C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- energy
- earth
- moon
- lunar
- microwave
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Details Of Aerials (AREA)
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к солнечным космическим энергосистемам и энергостанциям (СКЭС), предназначенным для энергоснабжения наземных потребителей электрической энергии из космоса и различных космических средств и потребителей, расположенных в околоземном космическом пространстве. The invention relates to solar space power systems and power plants (SCES), intended for power supply of ground consumers of electric energy from space and various space means and consumers located in near-Earth space.
Известны способы и средства космического энергосбережения с помощью СКЭС, например [1 5] К недостаткам этих способов и средств в настоящее время относятся огромные технические трудности создания подобных СКЭС и размещения их на околоземной орбите, поскольку требуется создание новых, более мощных по сравнению с имеющимися ракет-носителей для вывода на околоземную геостационарную орбиту колоссального количества грузов, до нескольких десятков и сотен тысяч тонн, за относительно короткие промежутки времени, а также большого количества персонала для выполнения сборочно-монтажных, строительных и эксплуатационных, ремонтных работ, что в свою очередь связано с проведением частых пусков подобных сверхмощных ракетных носителей для частой доставки грузов и людей на орбиты, ухудшением и без того сложной экологической ситуации на Земле из-за разрушения озонового слоя атмосферы Земли, сжигания огромных количеств топлива в первых сверхмощных ступенях ракет-носителей, дополнительным сильным загрязнением в связи с этим атмосферы Земли. Known methods and means of space energy saving using SCES, for example [1 5] The disadvantages of these methods and tools currently include the huge technical difficulties of creating such SCES and placing them in low Earth orbit, since it requires the creation of new, more powerful than existing rockets -carriers for launching into the near-earth geostationary orbit a huge amount of cargo, up to several tens and hundreds of thousands of tons, for relatively short periods of time, as well as a large number of trans It is for carrying out assembly, installation, construction and maintenance, repair work, which in turn is associated with frequent launches of such heavy-duty rocket carriers for the frequent delivery of goods and people to orbits, and the deterioration of the already difficult environmental situation on Earth due to the destruction of ozone layer of the Earth’s atmosphere, burning of huge amounts of fuel in the first super-powerful stages of launch vehicles, additional severe pollution in connection with this of the Earth’s atmosphere.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу лунного космического энергоснабжения и средствам для его осуществления относится патент США [5] согласно которому Луна, являясь естественным спутником Земли, представляет собой довольно крупную космическую платформу, пригодную для размещения на ней крупных солнечных энергетических и радиотехнических СВЧ-систем, значительно превосходящих по мощности СКЭС, и обладающую при этом огромными минеральными ресурсами, благоприятными в результате добычи их открытым способом на Луне для производства таких элементов энергетических объектов, как, например, солнечных батарей, твердотельных и полупроводниковых генераторных и усилительных приборов из кремния, антенн и других конструкционных элементов из алюминия, различных композиционных материалов из окиси кремния и т.д. The closest in technical essence to the proposed method of lunar space energy supply and the means for its implementation is a US patent [5] according to which the Moon, being a natural satellite of the Earth, is a fairly large space platform suitable for hosting large solar energy and radio-frequency microwave systems significantly exceeding the power of SCES, and possessing at the same time huge mineral resources favorable as a result of open-pit mining at Moon for the production of such elements of energy objects as, for example, solar panels, solid-state and semiconductor generator and amplifier devices made of silicon, antennas and other structural elements from aluminum, various composite materials from silicon oxide, etc.
К недостаткам известного способа [5] лунного космического энергоснабжения и средств для его осуществления относятся несовместимость характерных линейных размеров приемных наземных энергетических станций (ректенн), работающих в режиме непосредственного приема СВЧ-энергии от передающей лунной энергетической антенны (ФАР), расположенных на видимой с Луны стороне Земли, и в режиме приема СВЧ-энергии через космические околоземные орбитальные переотражатели СВЧ -энергии, т.е. ректенн, расположенных на невидимой с Луны стороне Земли, а также завышенные характерные линейные размеры космических околоземных орбитальных переотражателей, превышающие 1 км, заниженные размеры ректенн, составляющие, как указано в патенте [5] величину, равную около 400 м, и низкая эффективность передачи СВЧ-энергии с Луны к наземным и околоземным космическим потребителям энергии. The disadvantages of the known method [5] of lunar space power supply and means for its implementation include the incompatibility of the characteristic linear dimensions of receiving ground power stations (rectennes) operating in the direct mode of receiving microwave energy from a transmitting lunar energy antenna (PAR) located on the visible from the Moon side of the Earth, and in the mode of receiving microwave energy through space near-Earth orbital re-reflectors of microwave energy, i.e. rectennes located on the side of the Earth invisible from the Moon, as well as overestimated characteristic linear dimensions of space near-Earth orbital re-reflectors exceeding 1 km, underestimated rectennes, which, as indicated in the patent [5], amount to about 400 m and low microwave transmission efficiency -energy from the Moon to terrestrial and near-Earth space energy consumers.
Поэтому целью изобретения является обеспечение совместимости характерных размеров приемных наземных энергетических станций (ректенн), работающих в режиме непосредственного приема СВЧ-энергии от передающей лунной энергетической антенны (ФАР) и в режиме приема СВЧ-энергии через космические околоземные орбитальные переотражатели, и сокращения характерного размера космических околоземных переотражателей при сохранении высокой эффективности передачи СВЧ -энергии с Луны к наземным и околоземным космическим потребителям энергии. Therefore, the aim of the invention is to ensure compatibility of the characteristic sizes of receiving ground power stations (recten) operating in the mode of direct reception of microwave energy from a transmitting lunar energy antenna (PAR) and in the mode of receiving microwave energy through space near-Earth orbital re-reflectors, and reducing the characteristic size of space near-Earth reflectors while maintaining high efficiency of microwave energy transmission from the Moon to terrestrial and near-Earth space energy consumers.
Поставленная цель достигается тем, что согласно предложенному способу лунного космического энергосбережения на каждой лунной энергетической станции (базе), расположенной на поверхности соответственно западной и восточной оконечностей видимой с Земли стороны Луны в периоды лунных дней с помощью каждой решетки коллекторов поверхностного типа накапливают и концентрируют солнечную радиационную энергию, преобразуя ее в каждой решетке солнечных батарей в энергию постоянного или переменного тока низких частот, преобразуют эту энергию в СВЧ-энергию в каждом ансамбле передатчиков СВЧ-энергии, излучают ее в виде множества сформированных композиционных энергетических СВЧ-лучей с помощью каждой одной передающей лунной энергетической антенны типа многолучевой активной фазированной антенной решетки (ФАР) модулей, излучающей по каждому одному энергетическому СВЧ-лучу в направлении каждой из приемных наземных энергетических станций (ректенн), расположенных на видимой с Луны стороне Земли, и по каждому одному энергетическому СВЧ -лучу в направлении каждого из космических околоземных орбитальных переотражателей СВЧ -энергии, с помощью которых переотражают СВЧ -энергию на приемные наземные энергетические станции (ректенны), расположенные на невидимой с Луны стороне Земли, преобразуют принимаемую ректеннами СВЧ-энергию в энергию постоянного или переменного тока низких частот и передают ее потребителям, при этом для получения сфазированности энергетических СВЧ-лучей от каждого из модулей ФАР на приемных наземных энергетических станциях (ректеннах), расположенных на видимой с Луны стороне Земли, и космических околоземных орбитальных переотражателях СВЧ-энергии в направлении к каждому из модулей ФАР излучают пилот-сигналы от приемных наземных энергетических станций (ректенн), расположенных на видимой с Луны стороне Земли, и от космических околоземных орбитальных переотражателей, по которым фазируют все модули ФАР, для получения сфазированности энергетических СВЧ-лучей от каждого из модулей космических околоземных орбитальных переотражателей СВЧ-энергии на приемных наземных энергетических станциях (ректеннах), расположенных на невидимой с Луны стороне Земли, в направлении к каждому из модулей космических околоземных орбитальных переотражателей излучают пилот-сигналы от приемных наземных энергетических станций (ректенн), расположенных на невидимой с Луны стороне Земли. This goal is achieved by the fact that according to the proposed method of lunar space energy saving at each lunar energy station (base) located on the surface of the western and eastern extremities of the moon’s side visible from the Earth, during periods of lunar days, solar radiation is accumulated and concentrated using each array of surface-type collectors energy, converting it in each grid of solar cells into energy of direct or alternating current of low frequencies, convert this energy into C The RF energy in each ensemble of microwave energy transmitters emit it in the form of a plurality of generated composite microwave energy rays using each one transmitting lunar energy antenna such as a multi-beam active phased array antenna (PAR) of the modules emitting for each one microwave energy beam in the direction of each of the receiving ground-based energy stations (rectennes) located on the side of the Earth visible from the Moon, and for each one microwave energy beam in the direction of each of the space circuits of terrestrial orbital re-reflectors of microwave energy, with the help of which they reflect microwave energy to receiving ground power stations (rectenes) located on the side of the Earth invisible from the Moon, convert microwave energy received by rectenes into low-frequency direct or alternating current energy and transmit it to consumers, at the same time, to obtain the phasing of microwave energy rays from each of the PAR modules at receiving ground power stations (rectennes) located on the Earth’s side visible from the Moon, and space the collozemic orbital re-reflectors of microwave energy in the direction to each of the PAR modules emit pilot signals from the receiving ground power stations (rectenn) located on the visible side of the Earth from the Moon and from the space near-earth orbital re-reflectors, along which all the phased array modules are phased, the phasing of energy microwave rays from each of the modules of space near-Earth orbital re-reflectors of microwave energy at receiving ground-based energy stations (rectennes) located on an invisible The Moon’s side of the Earth, in the direction of each of the modules of the space near-Earth orbital re-reflectors, emits pilot signals from the receiving ground power stations (rectenn) located on the side of the Earth that is invisible from the Moon.
Существенные отличия предложенного способа заключаются в том, что для обеспечения совместимости характерных размеров приемных наземных энергетических станций /ректенн/, работающих в режиме непосредственного приема СВЧ энергии от передающей лунной энергетической антенны /ФАР/ и режиме работы /приема СВЧ излучения/ через космические околоземные орбитальные перестражатели и сокращения характерного размера космических околоземных орбитальных перестражателей при сохранении высокой эффективности передачи СВЧ энергии с Луны к наземным и околоземным космическим потребителям энергии: на каждой лунной энергетической станции /базе/, расположенной в пределах видимой с Земли стороны /полушария/ Луны, непосредственную передачу СВЧ энергии к приемным наземным энергетическим станциям /ректеннам/, расположенным на видимой с Луны стороне Земли, производят от отдельной передающей лунной антенны (ФАР), являющейся отдельной частью общей передающей лунной энергетической антенны (ФАР), передачу СВЧ-энергии к космическим околоземным орбитальным переотражателям производят от всей остальной введенной отдельной части общей передающей лунной энергетической антенны (ФАР), при этом на каждой передающей лунной энергетической станции (базе), расположенной в пределах видимой с Земли стороны (полушария) Луны, в периоды лунных дней с помощью каждой дополнительно введенной решетки коллекторов поверхностного типа накапливают и концентрируют солнечную радиационную энергию, в том числе и отраженную солнечную энергию от окололунных солнечных орбитальных переотражателей, преобразуют ее в каждой дополнительно введенной решетке солнечных батарей в энергию постоянного или переменного тока низких частот, преобразуют эту энергию в ансамбле передатчиков в СВЧ-энергию и подводят ее к отдельно введенной передающей лунной энергетической антенне (ФАР), являющейся отдельной частью общей лунной энергетической антенны (ФАР), для излучения СВЧ-энергии в виде множества сформированных композиционных энергетических СВЧ -лучей по каждому одному энергетическому СВЧ-лучу в направлении каждой из приемных наземных энергетических станций (ректенн), расположенных на видимой с Луны стороне Земли, причем для получения сфазированности СВЧ-лучей от каждого из модулей введенной отдельной части передающей лунной энергетической антенны (ФАР) на приемных наземных энергетических станциях (ректеннах), расположенных на видимой с Луны стороне Земли, в направлении к каждому из модулей введенной отдельной части передающей лунной энергетической антенны (ФАР), излучают пилот-сигналы от приемных наземных энергетических станций (ректенн), расположенных на видимой с Луны стороне Земли, для получения сфазированности СВЧ-лучей от каждого из модулей введенной остальной части передающей лунной энергетической антенны (ФАР) на космических околоземных орбитальных переотражателях, в направлении к каждому из модулей введенной остальной части передающей лунной энергетической антенны (ФАР) излучают пилот-сигналы от космических околоземных орбитальных переотражателей. Significant differences of the proposed method are that to ensure compatibility of the characteristic sizes of the receiving ground power stations / recten / operating in the mode of direct reception of microwave energy from the transmitting lunar energy antenna / headlight / and the mode of operation / reception of microwave radiation / through space near-Earth orbital reflectors and reduction of the characteristic size of space near-Earth orbital deflectors while maintaining high efficiency of the transfer of microwave energy from the moon to the ground near-Earth space energy consumers: at each lunar energy station / base / located within the side visible from the Earth / hemisphere / Moon, direct microwave energy is transmitted to receiving ground-based power stations / rectennes / located on the side of the Earth visible from the Moon, from a separate transmitting lunar antenna (PAR), which is a separate part of the common transmitting lunar energy antenna (PAR), the transfer of microwave energy to space near-Earth orbital re-reflectors is carried out from the entire at the same time, at each lunar transmitting energy station (base) located within the visible side of the moon (hemisphere) of the Moon during periods of lunar days using each additionally introduced array of surface-type collectors accumulate and concentrate solar radiation energy, including reflected solar energy from near-moon solar orbital reflectors, transform it in each additionally introduced grid solar batteries into energy of direct or alternating current of low frequencies, convert this energy in the ensemble of transmitters into microwave energy and bring it to a separately introduced transmitting lunar energy antenna (PAR), which is a separate part of the common lunar energy antenna (PAR), for microwave radiation energy in the form of a set of generated composite microwave energy rays for each one microwave energy beam in the direction of each of the receiving ground-based energy stations (rectennes) located on the visible from the Moon to the Earth’s side, and to obtain the phasing of microwave rays from each of the modules of the introduced separate part of the transmitting lunar energy antenna (PAR) at the receiving ground power stations (rectennes) located on the Earth’s side visible from the Moon, towards each of the modules of the introduced separate part transmitting lunar energy antenna (PAR), emit pilot signals from receiving ground power stations (rectenn) located on the visible side of the Earth from the Moon, to obtain the phasing of microwave rays from to zhdogo module entered the rest of the Moon's transmit power antenna (PAR) on Earth orbital space pereotrazhatelyah, towards each of the rest of the modules introduced lunar energy transmitting antenna (PAR) emit pilot signals from Earth orbital space pereotrazhateley.
Средства для осуществления способа лунного космического энергоснабжения содержат на каждой лунной энергетической станции (базе), расположенной на поверхности соответственно западной и восточной оконечностей видимой с Земли стороны (полушария) Луны, решетку коллекторов поверхностного типа для накопления и концентрации солнечной радиационной энергии, решетку солнечных батарей, соединенную с решеткой коллекторов поверхностного типа, для преобразования солнечной радиационной энергии в энергию постоянного или переменного тока низких частот, подключенной энергии в энергию постоянного или переменного тока низких частот, подключенный к решетке солнечных батарей ансамбль передатчиков СВЧ-энергии для преобразования энергии постоянного или переменного тока низких частот в микроволновую СВЧ-энергию, соединенную с ансамблем передатчиков СВЧ-энергии одну передающую лунную энергетическую антенну типа многолучевой активной фазированной антенной решетки (ФАР) модулей для излучения ею в виде множества сформированных композиционных энергетических СВЧ-лучей по каждому одному энергетическому лучу в направлении каждой из приемных наземных энергетических станций (ректенн), расположенных на видимой с Луны стороне Земли и по каждому одному энергетическому СВЧ-лучу в направлении каждого из космических околоземных орбитальных переотражателей СВЧ-энергии, с помощью которых переотражают СВЧ-энергию на приемные наземные энергетические станции (ректенны), расположенные на невидимой с Луны стороне Земли, для преобразования СВЧ-энергии в энергию постоянного или переменного тока низких частот и подачи ее потребителям, систему (решетку) управления наведением, сопровождением и фазированием каждого модуля передающей лунной энергетической антенны (ФАР) и соответственно каждого энергетического СВЧ-луча, направленного на приемные наземные энергетические станции (ректенны), расположенные на видимой с Луны стороне Земли, и на космические околоземные орбитальные переотражатели, и каждого энергетического СВЧ-луча, переотраженного соответствующим космическим околоземным орбитальным переотражателем на соответствующую приемную наземную энергетическую станцию (ректенну), расположенную на невидимой с Луны стороне Земли, с источниками пилот-сигналов для фазирования всех модулей ФАР по пилот-сигналам, излучаемым к модулям ФАР от приемных наземных энергетических станций (ректенн), расположенных на видимой с Луны стороне Земли и от космических околоземных орбитальных переотражателей, и источниками пилот-сигналов для фазирования всех модулей космических околоземных орбитальных переотражателей по пилот-сигналам, излучаемым от приемных наземных энергетических станций (ректенн), расположенных на невидимой с Луны стороне Земли, к модулям космических околоземных орбитальных переотражателей. Means for implementing the method of lunar space power supply contain on each lunar energy station (base) located on the surface of the western and eastern extremities of the moon side (hemisphere) visible from the Earth, a grid of surface-type collectors for the accumulation and concentration of solar radiation energy, a grid of solar batteries, connected to a grid of surface-type collectors to convert solar radiation energy into direct or alternating current energy of low The frequency of connected energy to direct or alternating current energy of low frequencies, an ensemble of microwave transmitters connected to a solar array to convert the energy of direct or alternating current of low frequencies to microwave microwave energy, connected to an ensemble of transmitters of microwave energy, one transmitting lunar energy antenna of a type of multipath active phased array antenna (PAR) of the modules for emitting by it in the form of a plurality of generated composite energy microwave beams for each one near the energy ray in the direction of each of the receiving ground-based energy stations (rectennes) located on the side of the Earth visible from the Moon and for each one microwave energy beam in the direction of each of the space near-Earth orbital re-reflectors of microwave energy, with which microwave energy is reflected to receiving ground power stations (rectennes) located on the side of the Earth invisible from the Moon to convert microwave energy into direct or alternating current energy of low frequencies and supply it to the consumer m, a system (lattice) for controlling the guidance, tracking and phasing of each module of the transmitting lunar energy antenna (PAR) and, accordingly, each microwave energy beam directed to receiving ground power stations (rectenes) located on the Earth’s side visible from the Moon, and to space near-Earth orbital re-reflectors, and each microwave energy ray reflected by the corresponding space near-Earth orbital re-reflector to the corresponding receiving ground-based energy an antenna (rectenna) located on the side of the Earth that is invisible from the Moon, with sources of pilot signals for phasing all the PAR modules from the pilot signals emitted to the PAR modules from receiving ground power stations (recten) located on the side of the Earth visible from the Moon and from space near-Earth orbital re-reflectors, and sources of pilot signals for phasing all modules of space near-Earth orbital re-reflectors based on pilot signals emitted from receiving ground power stations (recten) x on the side of the Earth invisible from the Moon, to the modules of space near-Earth orbital re-reflectors.
Существенные отличия средств для осуществления предложенного способа лунного космического энергосбережения заключаются в том, что для обеспечения совместимости характерных размеров приемных наземных энергетических станций (ректенн), расположенных на видимой с Луны стороне Земли, и приемных наземных энергетических станций (ректенн), расположенных на невидимой с Луны стороне Земли, и сокращения характерных размеров космических околоземных орбитальных переотражателей СВЧ-энергии при сохранении высокой эффективности передачи СВЧ-энергии с Луны к наземным и околоземным космическим потребителям энергии, на каждой лунной энергетической станции (базе), расположенной в пределах видимой с Земли стороны (полушария) Луны, для передачи СВЧ-энергии к приемным наземным энергетическим станциям (ректеннам), расположенным на видимой с Луны стороне Земли, введена отдельная передающая лунная энергетическая антенна (ФАР), являющаяся отдельной частью общей передающей лунной энергетической антенны (ФАР), остальная отдельная часть общей передающей лунной энергетической антенны (ФАР) введена для передачи СВЧ-энергии к космическим околоземным орбитальным переотражателям и переотражения ее к приемным энергетическим наземным станциям (ректеннам), расположенным на невидимой с Луны стороне Земли, при этом дополнительно введена решетка коллекторов поверхностного типа для дополнительного накопления и концентрации солнечной радиационной энергии, в т. ч. и отраженной солнечной радиационной энергии от окололунных солнечных орбитальных переотражателей, введена соединенная с введенной дополнительно решеткой коллекторов поверхностного типа дополнительная решетка солнечных батарей для преобразования солнечной радиационной энергии в энергию постоянного или переменного тока низких частот, соединенная с ансамблем передатчиков для преобразования этой энергии в СВЧ-энергию, соединенным с отдельной, дополнительно введенной частью общей передающей лунной энергетической антенны (ФАР), для излучения СВЧ-энергии в виде множества композиционных энергетических СВЧ-лучей по каждому одному энергетическому лучу в направлении каждой одной из приемных наземных энергетических станций (ректенн), расположенных на видимой с Луны стороне Земли, причем введены источники пилот-сигналов на приемных наземных энергетических станциях (ректеннах), расположенных на видимой с Луны стороне Земли, для фазирования всех модулей отдельной введенной передающей лунной энергетической антенны (ФАР), являющейся отдельной частью общей передающей лунной энергетической антенны (ФАР), и введены источники пилот-сигналов на космических околоземных орбитальных переотражателях для фазирования всех модулей остальной отдельной введенной части передающей лунной энергетической антенны (ФАР). Significant differences in the means for implementing the proposed method of lunar space energy saving are that to ensure compatibility of the characteristic sizes of the receiving ground power stations (rectenn) located on the visible side of the Earth from the moon, and the receiving ground power stations (rectenn) located on the invisible from the Moon side of the Earth, and reducing the characteristic dimensions of space near-Earth orbital re-reflectors of microwave energy while maintaining high transmission efficiency of the microwave energy gii from the Moon to terrestrial and near-Earth space energy consumers, at each lunar energy station (base) located within the visible side (hemisphere) of the Moon from the Earth, for transmitting microwave energy to receiving terrestrial energy stations (rectennes) located at visible Moon side of the Earth, introduced a separate transmitting lunar energy antenna (PAR), which is a separate part of the common transmitting lunar energy antenna (PAR), the rest is a separate part of the common transmitting moon energy antenna (PAR) unit for transferring microwave energy to space near-Earth orbital re-reflectors and its reflection to receiving ground power stations (rectennes) located on the invisible side of the Earth from the Moon, while an additional array of surface-type collectors is introduced for additional accumulation and concentration of solar radiation energy, in tons h. and reflected solar radiation energy from the lunar solar orbital re-reflectors, introduced connected to an additionally introduced array of collectors The surface type is an additional solar array for converting solar radiation energy into direct or alternating current energy of low frequencies, connected to an ensemble of transmitters for converting this energy into microwave energy, connected to a separate, additionally introduced part of a common transmitting lunar energy antenna (PAR), for radiation of microwave energy in the form of a plurality of composite microwave energy rays for each one energy beam in the direction of each one of the receiving ground-based energies stations (rectennas) located on the visible side of the Earth from the Moon, and sources of pilot signals were introduced at receiving ground power stations (rectennas) located on the visible side of the Earth from the Moon for phasing all the modules of a separate introduced transmitting lunar energy antenna (PAR) , which is a separate part of the common transmitting lunar energy antenna (PAR), and the sources of pilot signals have been introduced on space near-Earth orbital re-reflectors for phasing all the modules of the remaining separate the introduced part of the transmitting lunar energy antenna (PAR).
На фиг. 1 дано схематическое изображение взаимного расположения лунной энергетической станции (ЛЭС) относительно приемных наземных энергетических станций (ректенн), расположенных на видимой и невидимой с Луны сторонах Земли, и космических околоземных орбитальных переотражателей (КОП) СВЧ-энергии; на фиг.2 обобщенная функциональная схема лунной энергетической станции (ЛЭС); на фиг.3 схематичное изображение взаимного положения лунных энергетических станций (ЛЭС), расположенных на западной и восточной оконечностях соответственно видимой с Земли стороны (полушария) Луны относительно приемных наземных энергетических станций (ректенн) (НЭР), расположенных на видимой и невидимой с Луны сторонах Земли, и космических околоземных орбитальных переотражателей (КОП) СВЧ- энергии. In FIG. 1 shows a schematic representation of the relative position of the lunar energy station (LES) relative to the receiving ground power stations (rectenn) located on the visible and invisible sides of the Earth from the moon, and space near-Earth orbital re-reflectors (COS) of microwave energy; figure 2 generalized functional diagram of the lunar energy station (LES); figure 3 is a schematic representation of the relative position of the lunar energy stations (LES) located on the western and eastern extremities of the side (hemisphere) of the moon respectively visible to the Earth relative to the receiving ground power stations (recten) (NER) located on the sides visible and invisible from the Moon Earth, and space near-Earth orbital re-reflectors (CPO) of microwave energy.
Средства для осуществления предложенного способа лунного космического энергоснабжения на каждой лунной (передающей) энергетической станции (ЛЭС) 1 и 2 /см. фиг.1-3/, расположенной на поверхности соответственно западной и восточной оконечности видимой с Земли 3 стороны Луны 4, включают решетку коллекторов 5 поверхностного типа для накопления и концентрации солнечной радиационной энергии, в том числе, и отраженной солнечной радиационной энергии от окололунных орбитальных переотражателей 6,7, расположенных на окололунной орбите 8. Means for implementing the proposed method of lunar space power supply at each lunar (transmitting) power station (LES) 1 and 2 / cm 1-3 / located on the surface of the western and eastern ends of the Moon 4 side visible from Earth 3, respectively, include a surface-type array of
В простейшем случае решетка коллекторов 5 поверхностного типа является решеткой плоских улавливателей солнечной энергии без концентрации ее. В фокусирующих коллекторах солнечная энергия концентрируется, т.е. увеличивается по плотности поступающего потока радиации. Наиболее распространенным типом коллекторов является плоский коллектор солнечной энергии (КСЭ), характеризующийся низким коэффициентом концентрации Кэ, являясь низкопотенциальным концентратором солнечной энергии. Коэффициент концентрации солнечной энергии (степень концентрации или концентрирующая способность) определяется как отношение средней плотности сконцентрированного излучения к плотности лучистого потока, падающего на отражающую поверхность при условии точной ориентации последней на Солнце [2] Низкопотенциальные концентраторы (коллекторы) (Кэ≅100) солнечного излучения могут быть двух видов с криволинейной или прямоугольной образующей отражающей поверхности. Традиционными концентраторами первого вида являются параболические цилиндры, которые обеспечивают получение Кэ 20 40. Привлекательны для применения на Луне концентраторы конической и клиновидной конфигурации, которые могут быть конструктивно объединены с преобразующими устройствами и позволяют использовать как прямое, так и отраженное солнечное излучение. Такие отражатели с параболической образующей получили название фоконов (фокусирующий конус) и фоклинов (фокусирующий клин) [7] Фоконы и фоклины с параболической образующей обладают двумя положительными свойствами: они не требуют высокой точности изготовления зеркальной поверхности отражателя и, что особенно важно, сохраняют исходный уровень концентрации излучения при невысокой точности ориентации оси отражателя на Солнце. В стационарных условиях на Луне они могут эффективно работать, оставаясь в течение длительного времени неподвижными по отношению к Солнцу. Это предопределяет целесообразность применения на стационарных солнечных энергетических станциях, располагаемых на Луне, где мало наклонение экваториальной плоскости к плоскости эклиптики. Фокусирующие коллекторы обладают высокой степенью концентрации (высоким Кэ). В условиях широкого применения полупроводниковых, например кремниевых фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей, целесообразным являются низкие уровни концентрации солнечного излучения и поэтому применима решетка коллекторов 5 поверхностного типа. Решетка солнечных батарей 10 соединена с решеткой коллекторов 9 поверхностного типа и служит для преобразования солнечной радиационной энергии в энергию постоянного или переменного тока, подключенный к решетке солнечных батарей 10 ансамбль передатчиков СВЧ-энергии 11 служит для преобразования энергии постоянного или переменного тока низких частот в микроволновую СВЧ-энергию. Ансамбль передатчиков 11 представляет собой совокупность задающих генераторов и СВЧ -усилителей. Наиболее перспективными являются преобразователи на полупроводниковых СВЧ-приборах. В полупроводниковых СВЧ-приборах преобразование энергии постоянного или переменного тока низких частот в энергию СВЧ-колебаний происходит в твердом теле, масса и размеры которого, как правило, малы, а физические свойства весьма чувствительны к температуре и токовым параметрам. Это ограничивает мощность полупроводниковых приборов величинами порядка единиц, десятка В, их допустимая рабочая температура не превышает 200o, а напряжение постоянного тока десятков Вт. Несмотря на то, что приборы этого класса чувствительны к воздействию эксплуатационных факторов по сравнению с электровакуумными приборами, они получают все более широкое развитие и применение в технике СВЧ и представляют серьезную альтернативу высокомощным электровакуумным приборам для использования в космической энергетике. Обусловлено это такими их важными достоинствами, как высокая надежность и долговечность, компактность, сравнительно низкая стоимость при массовом производстве, удобство сборки и, что особенно существенно, хорошая совместимость с полупроводниковыми фотоэлектрическими преобразователями солнечных батарей, возможность широкого использования новых технологий для изготовления в виде интегральных схем больших интегральных схем (БИС). Поскольку основу решетки солнечных батарей составляет решетка фотоэлектрических преобразователей для преобразования солнечной энергии в электрическую полупроводниковыми фотоэлектрическими преобразователями (ФЭП), то становится возможным конструктивное объединение решетки солнечных батарей 10 с полупроводниковыми интегральными фотопреобразователями с решеткой интегральных полупроводниковых преобразователей энергии постоянного или переменного тока низких частот в СВЧ-энергию СВЧ-решетки передатчиков 11. Это позволяет применить слоеную конструкцию типа "сандвич" и свести к минимуму потери энергии при передаче ее от источника постоянного тока (солнечной батареи) 10 к СВЧ приборам решетки передатчиков 11. Поскольку КПД двух преобразований энергии: солнечной энергии в энергию постоянного (переменного низких частот) тока и последней энергии в СВЧ-энергию сопровождается тепловыми потерями, то для защиты от перегрева полупроводниковых элементов солнечных батарей 10 и СВЧ-транзисторов решетки передатчиков 11 между ними введен холодильник излучатель 12. Для увеличения эффективной площади солнечных батарей дополнительно введена решетка солнечных батарей 13. С ансамблем (решеткой) передатчиков 11 через решетку фазовращателей 14 (систему (решетку) управления) соединена передающая лунная энергетическая антенна 15 типа многолучевой активной фазированной антенной решетки (ФАР) модулей 16 (с полупроводниковыми вибраторами, напыленными на плоскость коллекторов 9 поверхностного типа) для излучения ею в виде множества сформированных композиционных энергетических СВЧ-лучей по каждому одному энергетическому СВЧ-лучу, например 17, 18, в направлении каждой из приемных наземных энергетических станций (ректенн), например 19, расположенных на видимой с Луны 4 стороне 20 Земли 3, и по каждому одному энергетическому СВЧ-лучу, например 21, 22, в направлении каждого из космических околоземных орбитальных переотражателей, например 23, 24 СВЧ-энергия, с помощью которых переотражают СВЧ-энергию на приемные наземные энергетические станции (ректенны), например 25, 26, расположенные на невидимой с Луны 4 стороне 27 Земли 3 для преобразования принятой СВЧ-энергии в энергию постоянного или переменного тока низких частот и подачи ее потребителям, решетку управления (решетку фазовращателей 14 с вычислительными средствами адаптивного процессора) наведением, сопровождением и фазированием каждого из модулей 16 передающей лунной энергетической антенны 15 и соответственно каждого энергетического СВЧ-луча, направленного на приемные наземные энергетические станции (ректенн), например 19, расположенные на видимой с Луны 4 стороне 20 Земли 3, и на космические околоземные орбитальные переотражатели, например 23, 24, и каждого энергетического СВЧ-луча, переотраженного соответствующими космическими околоземными орбитальными переотражателями, например 23, 24, на соответствующие приемные наземные энергетические станции (ректенны), например 25, 26, расположенные на невидимой с Луны 4 стороны 27 Земли 3, с источниками пилот-сигналов для фазирования всех модулей ФАР 15 по пилот-сигналам, излучаемым к модулям ФАР от приемных наземных энергетических станций (ректенн), например 19, расположенных на видимой с Луны 4 стороне 20 Земли 3, и от космических околоземных орбитальных переотражателей, например 23, 24, и источниками пилот-сигналов для фазирования всех модулей космических околоземных орбитальных переотражателей по пилот-сигналам, излучаемым от приемных наземных энергетических станций (ректенн), например 25, 26, расположенных на невидимой с Луны 4 стороне 27 Земли 3, к модулям космических околоземных орбитальных переотражателей, например 23, 24.In the simplest case, the lattice of
Существенные особенности средств для осуществления предложенного способа лунного космического энергоснабжения заключаются в том, что для обеспечения совместимости характерных размеров приемных наземных энергетических станции (ректенн), например 19, расположенных на видимой с Луны 4 стороне 20 Земли 3, и приемных наземных энергетических станций (ректенн), например 25, 26, расположенных на невидимой с Луны 4 стороне 27 Земли 3, и сокращения характерного размера космических околоземных орбитальных переотражателей, например 23, 24, при сохранении высокой эффективности передачи СВЧ-энергии с Луны к наземным и околоземным космическим потребителям энергии, на каждой лунной энергетической станции (базе), например 1, 2, расположенной в пределах видимой с Земли стороны (полушария) Луны 4, для передачи СВЧ-энергии к приемным наземным энергетическим станциям (ректеннам), например 19, расположенным на видимой с Луны 4 стороне 20 Земли 3, введена отдельная передающая лунная антенна (ФАР) 28, являющаяся отдельной частью общей передающей лунной энергетической антенны (ФАР) 15, остальная отдельная часть общей передающей лунной энергетической антенны (ФАР) 15 введена для передачи СВЧ-энергии к космическим околоземным орбитальным переотражателям, например 23, 24, и переотражения СВЧ-энергии к приемным наземным энергетическим станциям (ректеннам), например 25, 26, расположенным на невидимой с Луны 4 стороне 27 Земли 3, при этом дополнительно введена решетка коллекторов 9 поверхностного типа для дополнительного накопления и концентрации солнечной радиационной энергии, в т. ч. и отраженной солнечной радиационной энергии от окололунных солнечных орбитальных переотражателей 6, 7, введена соединенная с введенной дополнительно решеткой коллекторов 9 поверхностного типа дополнительная решетка солнечных батарей 13 для преобразования солнечной радиационной энергии в энергию постоянного или переменного тока низких частот, соединенная с ансамблем передатчиков 11 для преобразования этой энергии в СВЧ-энергию, соединенным с отдельной дополнительно введенной передающей лунной энергетической антенной (ФАР), являющейся отдельной введенной частью общей передающей лунной энергетической антенны (ФАР), для излучения СВЧ -энергии по каждому одному энергетическому СВЧ -лучу в направлении каждой одной из приемных наземных энергетических станций (ректенн), например 19, расположенных на видимой с Луны 4 стороне 20 Земли 3, причем введены источник пилот-сигналов на приемных наземных энергетических станциях (ректеннах), например 19, расположенных на видимой с Луны 4 стороне 20 Земли 3, для фазирования всех модулей отдельной введенной передающей лунной энергетической антенны (ФАР) 28, являющейся отдельной введенной частью общей передающей лунной энергетической антенны (ФАР) 15, и введены источники пилот-сигналов на космических околоземных орбитальных переотражателях, например 23, 24, для фазирования всех модулей остальной отдельной введенной части общей передающей лунной энергетической антенны (ФАР) для излучения СВЧ -энергии в виде множества композиционных энергетических СВЧ-лучей по каждому одному энергетическому СВЧ-лучу, излучаемому в направлении каждого из космических околоземных орбитальных переотражателей, например 23, 24. Significant features of the means for implementing the proposed method of lunar space power supply are that, to ensure compatibility of the characteristic sizes of the receiving ground power stations (rectenn), for example 19, located on the 20 side of the Earth 3 visible from the Moon 4, and the receiving ground power stations (recten) , for example 25, 26, located on the invisible side of the Moon 4 from the
Принцип действия средств для осуществления предложенного способа лунного космического энергоснабжения состоит в том, что на каждой лунной энергетической станции (базе) 1, 2, расположенной на поверхности соответственно западной и восточной оконечностей видимой с Земли 3 стороны Луны 4, в периоды лунных дней с помощью каждой решетки коллекторов 5 поверхностного типа накапливаются и концентрируют солнечную радиационную энергию, преобразуют ее в каждой решетке солнечных батарей 10 в энергию постоянного или переменного тока низких частот, преобразуют эту энергию в микроволновую СВЧ-энергию в каждом ансамбле передатчиков 11 СВЧ-энергии, излучают ее в виде множества сформированных композиционных энергетических СВЧ-лучей с помощью каждой одной передающей лунной энергетической антенны 15 типа многолучевой активной фазированной антенной решетки (ФАР) модулей 16, излучающей по каждому одному энергетическому СВЧ-лучу, например 17, 18, в направлении каждой из приемных наземных энергетических станций (ректенн), например 19, расположенных на видимой с Луны 4 стороне 20 Земли 3, и по каждому одному энергетическому СВЧ-лучу, например 21, 22, в направлении каждого из космических околоземных орбитальных переотражателей, например 23, 24, СВЧ-энергии, с помощью которых переотражают СВЧ-энергию на приемные наземные энергетические станции (ректенны), например 25, 26, расположенные на невидимой с Луны 4 стороне 27 Земли 3, преобразуют принимаемую ректеннами СВЧ-энергию в энергию постоянного или переменного тока низких частот и передают ее потребителям, при этом для получения сфазированности энергетических СВЧ-лучей, например 17, 21 (фиг. 1), от каждого из модулей ФАР на приемных энергетических наземных станциях (ректеннах), например 19, расположенных на видимой с Луны 4 стороне 20 Земли 3, и космических околоземных орбитальных переотражателях, например 23, 24, СВЧ-энергии в направлении к каждому из модулей 16 ФАР 15 излучают пилот-сигналы от приемных наземных энергетических станций (ректенн), например 19, расположенных на видимой с Луны 4 стороне 20 Земли 3, и от космических околоземных орбитальных переотражателей, например 23, 24, по которым фазируют все модули ФАР, для получения сфазированности энергетических СВЧ-лучей от каждого из модулей космических околоземных орбитальных переотражателей, например 23, 24, СВЧ -энергии на приемных наземных энергетических станциях (ректеннах), например 25, 26, расположенных на невидимой с Луны 4 стороне 27 Земли 3, в направлении к каждому из модулей космических околоземных орбитальных переотражателей, например 23, 24, излучают пилот-сигналы от приемных наземных энергетических станций (ректенн), например 25, 26, расположенных на невидимой с Луны 4 стороне 27 Земли 3. The principle of operation of the means for implementing the proposed method of lunar space energy supply is that at each lunar energy station (base) 1, 2 located on the surface of the western and eastern extremities of the sides of the Moon 4 visible from Earth 3, respectively, during lunar days using each gratings of
Существенные отличия предложенного способа лунного космического энергоснабжения заключаются в том, что для обеспечения совместимости характерных размеров приемных наземных энергетических станций (ректенн), например 19, работающих в режиме непосредственного приема СВЧ-энергии от передающей лунной энергетической антенны (ФАР) 15 и режиме работы (приема СВЧ-энергии) приемных наземных энергетических станций (ректенн), например 25, 26, через космические околоземные орбитальные переотражатели, например 23, 24, и сокращения характерного размера космических околоземных орбитальных переотражателей, например 23, 24, при сохранении высокой эффективности передачи СВЧ -энергии с Луны 4 к наземным и околоземным космическим потребителям энергии, на каждой лунной энергетической станции (базе), например 1, 2, расположенной в пределах видимой с Земли 3 стороны (полушария) Луны 4, непосредственную передачу СВЧ -энергии к приемным наземным энергетическим станциям (ректеннам), например 19, расположенным на видимой с Луны 4 стороне 20 Земли 3, производят от отдельной введенной передающей лунной энергетической антенны (ФАР) 28, являющейся 0 отдельной частью общей передающей лунной энергетической антенны 15, передачу СВЧ -энергии к космическим околоземным орбитальным переотражателям, например 23, 24, производят от всей остальной введенной отдельной части общей передающей лунной энергетической антенны (ФАР) 15, при этом на каждой на каждой лунной энергетической станции (базе) 1, 2, расположенной в пределах видимой с Земли 3 стороны (полушария) Луны 4, в периоды лунных дней с помощью каждой дополнительно введенной решетки коллекторов 9 поверхностного типа накапливают и концентрируют солнечную радиационную энергию, в т.ч. и отраженную солнечную радиационную энергию от окололунных солнечных орбитальных переотражателей, например 6, 7, преобразуют ее в каждой дополнительно введенной решетке солнечных батарей 13 в энергию постоянного или переменного тока низких частот, преобразуют эту энергию в ансамбле передатчиков 11 в СВЧ -энергию и подводят ее к отдельной введенной передающей лунной энергетической антенне (ФАР) 28, являющейся отдельной введенной частью общей лунной энергетической антенны (ФАР) 15, для излучения СВЧ -энергии в виде множества сформированных композиционных энергетических СВЧ-лучей, например 17, 18, по каждому одному энергетическому СВЧ -лучу, например 17, 18, в направлении каждой одной из приемных наземных энергетических станций (ректенн), расположенных на видимой с Луны 4 стороне 20 Земли 3, причем для получения сфазированности СВЧ-лучей, например 17, 21, от каждого из модулей введенной отдельной части передающей лунной энергетической антенны (ФАР) 28 на приемных наземных энергетических станциях (ректеннах), например 19, расположенных на видимой с Луны 4 стороне 20 Земли 3, в направлении к каждому из модулей введенной отдельной части передающей лунной энергетической антенны (ФАР) 28 излучают пилот-сигналы от приемных наземных энергетических станций (ректенн), например 19, расположенных на видимой с Луны 4 стороне 20 Земли 3, для получения сфазированности СВЧ-лучей от каждого из модулей введенной остальной отдельной передающей лунной энергетической антенны (ФАР) на космических околоземных орбитальных переотражателях, например 23, 24, в направлении к каждому из модулей введенной остальной отдельной части передающей лунной энергетической антенны (ФАР) 15 излучают пилот-сигналы от космических околоземных орбитальных переотражателей, например 23, 24. Significant differences of the proposed method of lunar space power supply are that to ensure compatibility of the characteristic sizes of the receiving ground power stations (rectenn), for example 19, operating in the mode of direct reception of microwave energy from the transmitting lunar energy antenna (PAR) 15 and the operating mode (reception Microwave energy) of receiving ground power stations (rectenn), for example 25, 26, through space near-Earth orbital re-reflectors, for example 23, 24, and reduction of the characteristic size of near-Earth orbital re-reflectors, for example 23, 24, while maintaining high efficiency of microwave energy transfer from Moon 4 to terrestrial and near-Earth space energy consumers, at each lunar energy station (base), for example 1, 2, located within the limits of visible from Earth 3 side (hemisphere) of the Moon 4, direct transfer of microwave energy to receiving ground power stations (rectennes), for example 19, located on the 20 side of Earth 3 visible from the Moon 4, is carried out from a separate transmitting lunar energy antenna (PAR) 28, which is 0 separate part of the common transmitting
Под композиционным (сложным) энергетическим СВЧ-лучом понимается СВЧ-луч, образованный множеством СВЧ-лучей, например 21 (фиг.1), от каждого из модулей 16 активной фазированной антенной решетки (ФАР) 15 модулей 16, т.е. каждый из энергетических СВЧ-лучей суммарной диаграммы направленности излучения многолучевой активной фазированной антенной решетки (ФАР) модулей 16, для излучения либо в направлении каждой приемной наземной энергетической станции (ректенны), например 19, либо в направлении космического околоземного орбитального переотражателя, например 23 или 24. By a composite (complex) energy microwave beam is meant a microwave beam formed by a plurality of microwave rays, for example 21 (Fig. 1), from each of the modules 16 of the active phased array antenna (PAR) 15 of the modules 16, i.e. each of the microwave energy rays of the radiation pattern of the multipath active phased array antenna (PAR) of the modules 16, for radiation either in the direction of each receiving ground power station (rectenna), for example 19, or in the direction of the space near-Earth orbital re-reflector, for example 23 or 24 .
На примерах конкретных расчетов докажем сущность предложенного способа лунного космического энергоснабжения. Для обобщенной лунной энергетической системы, представленной на фиг.3, характерна система из следующих трех уравнений:
где lфар, lкоп, lнэр характерные размеры соответственно передающей лунной энергетической антенны (ФАР), например 15, космического околоземного орбитального переотражателя (КОП), например 23, и наземной энергетической ректенны (НЭР) (станции), например 19 и 25;
τ1, τ2, τ3 - волновые коэффициенты передачи СВЧ-энергии соответствующих апертурных пар: КОП и НЭР, ФАР и НЭР, ФАР и КОП, изменяющиеся, например, в пределах τ 1 3 и определяющие КПД передачи СВЧ-энергии этих апертурных пар, соответственно в пределах h 0,6 1,0;
L1 36000 км среднее расстояние между КОП и НЭР при расположении КОП на геостационарной (геосинхронной) орбите;
L2 360000 км среднее расстояние между ФАР и НЭР, определяемое по среднему расстоянию Земля Луна;
L3 400000 км среднее расстояние между ФАР и КОП;
l длина волны СВЧ-излучения.Using examples of specific calculations, we prove the essence of the proposed method of lunar space power supply. For the generalized lunar energy system shown in figure 3, a system of the following three equations is characteristic:
where l headlight , l cop , l ner are the characteristic sizes of the respectively transmitting lunar energy antenna (PAR), for example 15, the space near-Earth orbital re-reflector (CPC), for example 23, and the ground energy rectenna (NER) (stations), for example 19 and 25;
τ 1 , τ 2 , τ 3 - wave transmission coefficients of microwave energy of the corresponding aperture pairs: CPC and NER, PAR and NER, PAR and CPC, changing, for example, within τ 1 3 and determining the transmission efficiency of microwave energy of these aperture pairs , respectively, in the range of h 0.6 1.0;
L 1 36000 km the average distance between the CPC and the NER at the location of the CPC in geostationary (geosynchronous) orbit;
L 2 360000 km average distance between the PAR and NER, determined by the average distance of the Earth Moon;
L 3 400000 km average distance between the PAR and CPC;
l wavelength of microwave radiation.
Решение системы уравнений (1), например, при L2 L3 400000 км относительно характерных размеров дает их следующие значения: при τ = 1,4
lфар 26,2 км, lкоп 2,62 км, lнэр 2,62 км, λ = 12,25 см, η = 0,8.
lфар 23,6 км, lкоп 2,36 км, lнэр 2,36 км, λ = 10 см, η = 0,8.
lфар 17,1 км, lкоп 1,71 км, lнэр 1,71 км, λ = 5,2 см, η = 0,8.
Более высокие значения τ ≥ 1,4 /η ≥ 0,8/ дают и более высокие значения характерных размеров.The solution of the system of equations (1), for example, at L 2 L 3 400,000 km with respect to the characteristic dimensions gives their following values: at τ = 1.4
l headlamp 26.2 km, l cop 2.62 km, l ner 2.62 km, λ = 12.25 cm, η = 0.8.
l headlamp 23.6 km, l cop 2.36 km, l ner 2.36 km, λ = 10 cm, η = 0.8.
l headlamp 17.1 km, l cop 1.71 km, l ner 1.71 km, λ = 5.2 cm, η = 0.8.
Higher values of τ ≥ 1.4 / η ≥ 0.8 / give higher values of the characteristic sizes.
В настоящее время считается нецелесообразным выбирать величину характерного размера космического переотражателя больше одного км, т.е. lкоп≅1 км должно быть ввиду сложной реализуемости его на геостационарной орбите, сложности управления им и стабилизации его положения не геостационарной орбите, а также по другим специфическим причинам. Поэтому выберем фиксированную величину характерного размера космического орбитального переотражателя l
Из первого уравнения системы (1) величина характерного размера ректенны определится как
Из второго уравнения системы уравнения (1) с учетом (2) величина
И, наконец, из третьего уравнения системы уравнений (1) с учетом (2)
При фиксированной величине l
lнэр = τ1•λ•L1 = Sэф.1
А величина При этом lфар = τ3•λ•L3 = Sэф.3 численно равна эффективной площади Sэф.з в (км).From the first equation of system (1), the characteristic rectenne size is determined as
From the second equation of the system of equation (1), taking into account (2), the quantity
And finally, from the third equation of the system of equations (1), taking into account (2)
For a fixed value of l
l ner = τ 1 • λ • L 1 = S eff. 1
And the value Moreover, l headlights = τ 3 • λ • L 3 = S eff. 3 is numerically equal to the effective area S eff. S in (km).
Оценки характерных размеров при τ1 = τ2 = τ3 = τ и l
lфар 68,6 км, lкоп 1 км, lнэр 6,2 км, λ = 12,25 см, τ = 1,4 /η = 0,8/
lфар 56 км, lкоп 1 км, lнэр 5,04 км, λ = 10 см, τ = 1,4 /η = 0,8/
lфар 29 км, lкоп 1 км, lнэр2,62 км, λ = 5,2 см, τ = 1,4 /η = 0,8/
lфар 98 км, lкоп 1 км, lнэр 8,8 км, λ = 12,25 см, τ = 2 /η = 0,95/
lфар 80 км, lкоп 1 км, lнэр 7,2 км, λ = 10 см, τ = 2 /η = 0,95/
lфар 41,6 км, lкоп 1 км, lнэр 3,7 км, λ = 5,2 см, τ = 2 /η = 0,95/
Из сравнения представленных результатов следует, что 10 км составляет только часть от lфар порядка 10 20% на самых благоприятных длинах волн (λ 12,25 см и 10 см), являясь характерным размером введенной части передающей лунной энергетической антенны (ФАР) 28 для передачи СВЧ -энергии к приемным наземным энергетическим станциям (ректеннам), например 19, расположенным на видимой с Луны 4 стороне 20 Земли 3. От всей остальной введенной части с характерным размером lфар общей передающей лунной энергетической антенны (ФАР) 15 производят передачу СВЧ-энергии к космическим околоземным орбитальным переотражателям, например 23,24, с сокращенным характерным размером lкоп 1 км, с помощью которых переотражают СВЧ-энергию с высокой эффективностью (h 0,95 при t 2,0) на приемные наземные энергетические станции (ректенны), например 25,26, расположенные на невидимой с Луны 4 стороне 27 Земли 3.Estimates of the characteristic sizes at τ 1 = τ 2 = τ 3 = τ and l
l headlight 68.6 km, l cop 1 km, l ner 6.2 km, λ = 12.25 cm, τ = 1.4 / η = 0.8 /
l headlight 56 km, l cop 1 km, l ner 5.04 km, λ = 10 cm, τ = 1.4 / η = 0.8 /
l headlight 29 km, l cop 1 km, l ner 2.62 km, λ = 5.2 cm, τ = 1.4 / η = 0.8 /
l headlight 98 km, l cop 1 km, l ner 8.8 km, λ = 12.25 cm, τ = 2 / η = 0.95 /
l headlight 80 km, l cop 1 km, l ner 7.2 km, λ = 10 cm, τ = 2 / η = 0.95 /
l headlight 41.6 km, l cop 1 km, l ner 3.7 km, λ = 5.2 cm, τ = 2 / η = 0.95 /
From a comparison of the presented results it follows that 10 km is only a fraction of l headlights of the order of 10 20% at the most favorable wavelengths (λ 12.25 cm and 10 cm), being the characteristic size of the introduced part of the transmitting lunar energy antenna (PAR) 28 for transmitting microwave energy to receiving ground energy stations (rectenna) for example 19 disposed on the visible side of the
Разделение общей передающей лунной энергетической антенны (ФАР) 15 на две отдельные части 28 и 15 (т.е. выделение из общей лунной антенны 15 отдельной много меньшей части 28) обеспечивает радельную независимую их работу по ректеннам, например 19, расположенным на видимой с Луны 4 стороне 20 Земли 3, и по космическим околоземным орбитальным переотражателям, например 23,24, для передачи СВЧ-энергии к приемным наземным энергетическим станциям (ректеннам), например 25,26, расположенным на невидимой с Луны 4 стороны 27 Земли 3, что обеспечивает достижение поставленной цели совместимости характерных размеров приемных наземных энергетических станций (ректенн), расположенных как на видимой, так и невидимой с Луны 4 сторонах 20 и 27 Земли 3, позволяет уменьшить (сократить) характерный размер космических околоземных орбитальных переотражателей, например 23,24, до технически приемлемых для реализации величин lкоп 1 км при сохранении высокой эффективности передачи СВЧ энергии с Луны к наземным и околоземным космическим потребителям энергии.The separation of the common transmitting lunar energy antenna (PAR) 15 into two
Разделение общей передающей лунной энергетической антенны (ФАР) на две отдельные независимые части, обеспечивает их независимое функционирование и удобство независимого их фазирования, а также существенное уменьшение углов сканирования введенных двух отдельных частей общей передающей лунной энергетичекой антенны (ФАР). Кроме того,обеспечивается совместимость характерных размеров приемных наземных энергетических станций (ректенн) с размерами в ранее разработанных проектах солнечных космических энергетических станций (СКЭС), которые предполагается выводить на геостационарную орбиту. Ввиду ограничения размеров введенной отдельной передающей лунной энергетической антенны (ФАР) 28 по сравнению с остальной частью общей передающей лунной энергетической антенны для выравнивания уровней излучаемых СВЧ-энергий введенными отдельными частями общей ФАР на каждой лунной энергетической станции, например 1,2, дополнительно введена решетка коллекторов поверхностного типа для дополнительного накопления и концентрации солнечной радиационной энергии и соединенная с ней введена дополнительная решетка солнечных батарей для работы с дополнительно введенной отдельной частью общей передающей лунной энергетической антенны, предназначенной для передачи СВЧ-энергии к наземным ректеннам на видимой с Луны стороне Земли. При этом решетки солнечных батарей наряду с другими решетками могут устанавливаться непосредственно на лунную поверхность: либо устанавливаться вертикально (нормально) к поверхности Луны (фиг.1), либо устанавливаться в эшелон решеток. The separation of the common transmitting lunar energy antenna (PAR) into two separate independent parts ensures their independent functioning and the convenience of independent phasing, as well as a significant reduction in the scan angles of two separate parts of the common transmitting lunar energetic antenna (PAR). In addition, the compatibility of the characteristic sizes of receiving ground power stations (rectenn) with the sizes in previously developed projects of solar space power stations (SCES), which are supposed to be put into geostationary orbit, is ensured. Due to the limited size of the introduced separate transmitting lunar energy antenna (PAR) 28 compared to the rest of the total transmitting lunar energy antenna for aligning the levels of radiated microwave energy by the introduced individual parts of the common PAR in each lunar power station, for example 1,2, an additional collector array surface type for additional accumulation and concentration of solar radiation energy and connected with it introduced an additional array of solar panels for work s with an additionally introduced separate part of the common transmitting lunar energy antenna, designed to transmit microwave energy to ground-based rectennes on the Earth's side visible from the Moon. In this case, the lattices of solar panels, along with other lattices, can be installed directly on the lunar surface: either mounted vertically (normally) to the surface of the Moon (Fig. 1), or installed in the echelon of the lattices.
Источники информации
1. Ванке В.А. Лесков Л.В. Лукьянов А.В. Космические энергосистемы, - М. Машиностроение, 1990, 144 с.Sources of information
1. Vanke V.A. Leskov L.V. Lukyanov A.V. Space power systems, - M. Mechanical Engineering, 1990, 144 p.
2. Грилихес В. А. Солнечные космические энергостанции, Л. Наука, 1986, 181 с. 2. Griliches V. A. Solar space power stations, L. Nauka, 1986, 181 pp.
3. Патент США N 3781647, 23.12.73. 3. US patent N 3781647, 12/23/73.
4. Авторское свидетельство СССР N 946372, опубл. в Б.И. N 3, 1983. 4. Copyright certificate of the USSR N 946372, publ. in B.I.
5. Патент США N 5019768, НКИ 322-2R от 28.05.91. (прототип). 5. US patent N 5019768, NKI 322-2R from 05/28/91. (prototype).
6. Гостюхин В.Л. Трусов К.Г. Климачев Ю.С. Данич Ю.С. Активные фазированные антенные решетки, М. Радио и Связь, 1993, 270 с. 6. Gostyukhin V.L. Trusov K.G. Klimachev Yu.S. Danich Yu.S. Active phased antenna arrays, M. Radio and Communications, 1993, 270 p.
7. Баранов В. К. Новые концентраторы излучения и перспективы их применения в оптике и гелиотехнике, Труды ГОИ, 1979, вып.179, с.57 70. 7. Baranov V. K. New radiation concentrators and prospects for their use in optics and solar technology, Proceedings of the Moscow State Optical Institute, 1979, issue 179, p. 57 70.
8. Королев Е.Ф. Тренажеры для управления космическими аппаратами, реферативный указатель, Состояние и тенденции развития радиотехники, АСНТИ "Сетка", подмассив РС, М. 1985, НИИЭИР. 8. Korolev E.F. Simulators for spacecraft control, abstract index, Status and development trends of radio engineering, ASNTI "Grid", subarray RS, M. 1985, NIIEIR.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9595100207A RU2094949C1 (en) | 1995-01-06 | 1995-01-06 | Method and device for lunar space power supply |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9595100207A RU2094949C1 (en) | 1995-01-06 | 1995-01-06 | Method and device for lunar space power supply |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95100207A RU95100207A (en) | 1996-11-10 |
RU2094949C1 true RU2094949C1 (en) | 1997-10-27 |
Family
ID=20163795
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU9595100207A RU2094949C1 (en) | 1995-01-06 | 1995-01-06 | Method and device for lunar space power supply |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2094949C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8596581B2 (en) | 2004-07-20 | 2013-12-03 | David R. Criswell | Power generating and distribution system and method |
RU2530515C2 (en) * | 2012-04-04 | 2014-10-10 | Закрытое акционерное общество "Радиосвязь-Сибирь" ЗАО "Радиосвязь-Сибирь" | System of energy delivery to space facilities |
-
1995
- 1995-01-06 RU RU9595100207A patent/RU2094949C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
US, патент, 5019768, кл. B 64 G 1/00, 1991. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8596581B2 (en) | 2004-07-20 | 2013-12-03 | David R. Criswell | Power generating and distribution system and method |
RU2530515C2 (en) * | 2012-04-04 | 2014-10-10 | Закрытое акционерное общество "Радиосвязь-Сибирь" ЗАО "Радиосвязь-Сибирь" | System of energy delivery to space facilities |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU95100207A (en) | 1996-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3584925B2 (en) | Space solar power system | |
US5019768A (en) | Power collection and transmission system and method | |
US5223781A (en) | Power collection and transmission system and method | |
US7612284B2 (en) | Space-based power system | |
US11362228B2 (en) | Large-scale space-based solar power station: efficient power generation tiles | |
Sasaki et al. | Microwave power transmission technologies for solar power satellites | |
US3781647A (en) | Method and apparatus for converting solar radiation to electrical power | |
US10144533B2 (en) | Large-scale space-based solar power station: multi-scale modular space power | |
US20130099599A1 (en) | Thermally Efficient Power Conversion Modules for Space Solar Power | |
US20080000232A1 (en) | System for adjusting energy generated by a space-based power system | |
KR102563862B1 (en) | A phased array antenna and a device in which the phased array antenna is combined | |
McSpadden et al. | An in-space wireless energy transmission experiment | |
RU2094949C1 (en) | Method and device for lunar space power supply | |
Criswell | Lunar solar power system: Review of the technology base of an operational LSP system | |
RU2713129C1 (en) | System for power transmission to the earth from orbital solar power station | |
Little et al. | Toward space solar power: Wireless energy transmission experiments past, present and future | |
Little | Solar Power Satellites: Recent Developments | |
VENUGOPAL et al. | Material Science Research India | |
Takano | Antennas for Microwave Power Transmission from a Solar Power Satellite to the Earth | |
Potter et al. | Architecture options for space solar power | |
Landis | A new space station power system | |
Subotowicz et al. | On active and passive CETI from an earth satellite orbit | |
Hoffert et al. | Power beaming for space-based electricity on Earth: near-term experiments with radars, lasers and satellites | |
Arndt | Solar power satellites-The present and the future | |
Anil et al. | Solar power satellite |