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科學家首次從太空向地球發射太陽能

科學


科學家首次從太空向地球發射太陽能


MAPLE內部的圖像，它是空間太陽能動力演示器上的儀器，實現了能量在空間的無線傳輸 。(圖片來源:加州理工學院)
據美國太空網（羅伯特·李）：一個太空太陽能原型首次展示了其通過太空無線傳輸能量并將可檢測的能量導向地球的能力 。這項實驗證明了從太空中獲取太陽能這種近乎無限的能源供應的可行性 。
因為太空中的太陽能不受晝夜、云層遮蔽或地球天氣等因素的影響，所以它總是可用的 。事實上 ， 據估計，在地球表面的任何地方 ， 天基收割機產生的電力都可能比太陽能電池板多八倍 。
無線電力傳輸是通過電力傳輸低軌道實驗微波陣列(MAPLE)實現的，這是一個靈活輕便的微波電力發射器陣列，是空間太陽能發電演示器(SSPD-1)攜帶的三個儀器之一 。
SSPD 1號于2023年1月發射，是加州理工學院(Caltech)太空太陽能項目(SSPP)的一部分，其主要目標是在太空中收獲太陽能，然后將其傳輸到地球表面 。
“通過迄今為止我們進行的實驗，我們得到了證實 ， MAPLE可以成功地將電力傳輸到太空中的接收器，”天基太陽能項目的聯合主任Ali Hajimiri博士在一份聲明中說 ?！拔覀冞€能夠對陣列進行編程 ， 使其能量指向地球，這是我們在加州理工學院檢測到的 。當然，我們已經在地球上測試過它，但現在我們知道它可以在太空旅行中存活下來，并在那里運行 ?！?br>MAPLE通過將能量從一個發射器發送到大約一英尺遠的兩個獨立的接收器陣列，展示了能量在太空中的無線傳輸，并在那里轉化為電能 。這是用來點亮一對發光二極管 。

科學家首次從太空向地球發射太陽能


SSPD一號的科學家們正在加州理工學院摩爾實驗室的屋頂上檢測來自楓樹的能量 。(圖片鳴謝:阿里·哈吉米里/卡萊奇)
該儀器然后將能量從安裝在該裝置上的一個小窗口傳送到加州理工學院帕薩迪納校區戈登和貝蒂·摩爾工程實驗室的屋頂上 。
由于MAPLE不是密封的，該實驗還展示了它在太空的惡劣環境中工作的能力 ， 同時經受溫度的大幅波動和暴露在太陽輻射下 。這種樣機所經歷的條件將很快被大規模的SSPP機組感受到 。
“據我們所知，還沒有人在太空中演示過無線能量傳輸，即使是用昂貴的剛性結構，”Hajimiri補充道 。“我們正在用靈活、輕便的結構和我們自己的集成電路來實現這一目標 。這是第一次！”

科學家首次從太空向地球發射太陽能


一張從太空拍攝的楓樹內部的照片 ， 發射陣列在右邊，接收器在左邊 。(圖片鳴謝:SSPP)
在加州理工學院的一段視頻中，領導加州理工學院開發MAPLE的Hajimiri解釋了能量在空間的無線傳輸是如何基于一種叫做“干涉”的量子現象的 。
干涉是由于光的波動性而產生的 。當兩個光波重疊時，如果它們同相，則波對齊 ， 并且波峰相遇并產生更大的波峰，其高度是兩個原始波峰的總和 。這叫做相長干涉 。
然而，如果光波是異相的 ， 并且在未對準時重疊，則波峰可能會遇到波谷，兩者會互相抵消，這個過程稱為相消干涉 。
“如果你有多個在同一階段協同工作的能源，你實際上可以將能量導向一個方向，所以所有的能源只會在一個方向上增加 ， 而在所有其他方向上相互抵消，”Hajimiri說 ?！熬拖穹糯箸R可以將光聚焦到一個小點上一樣，你可以通過這種方式來控制時間，這樣你就可以將所有的能量聚焦在一個比你開始的區域更小的區域 ?！?br>通過精確控制這一過程的時間，能量的方向可以在納秒的范圍內非常迅速地調整，功率可以被重定向到基于空間的接收器甚至地球上的接收器 。這使得能量可以被引導到期望的位置，而不是其他地方，并且所有這些都可以在不需要任何移動機械部件的情況下完成 。
Hajimiri和他的團隊現在正在評估組成MAPLE的各個單元的性能 。一個耗時長達六個月的艱苦過程 。這將允許他們提供反?。?這些反饋將在將來指導系統的完全實現版本的開發 。
按照計劃，SSPP最終將由一組模塊化的航天器組成，這些航天器收集陽光，將其轉化為電能，并將其轉化為微波，然后將其傳播到很遠的地方，包括需要能量的地方 。這可能包括全球現有能源基礎設施服務不足的地區 。
Hajimiri總結道:“就像互聯網使信息的獲取民主化一樣，我們希望無線能源傳輸也能使能源的獲取民主化 ?！薄暗孛嫔喜恍枰芰總鬏敾A設施來接收這種能量 。這意味著我們可以向偏遠地區和遭受戰爭或自然災害破壞的地區輸送能源 。”