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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 行星表面探測(cè)器的微波無(wú)線能量傳輸裝置
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 設(shè)計(jì)制作一個(gè)微波無(wú)線能量傳輸裝置，依靠接收太空能源站的發(fā)射天線定向發(fā)射大功率微波能量，經(jīng)微波無(wú)線能量傳輸裝置的接收天線陣列和整流電路把微波能量高效率地轉(zhuǎn)換為可用的直流電能，為行星表面探測(cè)器的動(dòng)力和搭載設(shè)備提供能源。
- 詳細(xì)介紹：
- 在人類近代歷史發(fā)展過(guò)程中，能源的開(kāi)發(fā)、利用和輸送起著極其重要的作用，已構(gòu)成現(xiàn)代國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主要支柱之一。目前能源運(yùn)輸主要依賴交通工具或高壓送電設(shè)備，需耗費(fèi)大量人力和物力，在運(yùn)輸過(guò)程中還存在大量的能源浪費(fèi)問(wèn)題。因此，人們就開(kāi)始系統(tǒng)的研究用微波輸送能量。 本發(fā)明設(shè)計(jì)制作一個(gè)應(yīng)用于行星表面探測(cè)器的微波無(wú)線能量傳輸裝置，依靠接收太空能源站的發(fā)射天線定向發(fā)射大功率微波能量，經(jīng)微波無(wú)線能量傳輸裝置的接收天線陣列和整流電路把微波能量高效率地轉(zhuǎn)換為可用的直流電能，為行星表面探測(cè)器的動(dòng)力和搭載設(shè)備提供能源。該裝置具有重量輕、工作時(shí)間長(zhǎng)、安全性和穩(wěn)定性高、靈活等特點(diǎn)。并為解決能源的不間斷補(bǔ)給提供了一種新的解決方案。 特點(diǎn)：1、重量輕。動(dòng)力來(lái)自燃料的探測(cè)器工作時(shí)間短、裝置體積大和有效載荷小，使用微波無(wú)線輸能裝置，可以減輕探測(cè)器的自身重量，并且可以提供穩(wěn)定的能源供應(yīng)；2、工作時(shí)間長(zhǎng)。來(lái)自太陽(yáng)能供能的探測(cè)器受到太陽(yáng)輻射角度、灰塵和行星大氣環(huán)境的影響很大，而且太陽(yáng)能板會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，裝配微波無(wú)線能量傳輸裝置的行星表面探測(cè)器幾乎不受天氣影響、長(zhǎng)時(shí)間工作和成本低。3、安全性和穩(wěn)定性高。微波無(wú)線輸能裝置能更好的解決行星上能源補(bǔ)給和穩(wěn)定持續(xù)的供應(yīng)問(wèn)題；4、靈活性高。該微波無(wú)線能量傳輸裝置采用無(wú)線方式，可應(yīng)用于移動(dòng)性的載體，并且能夠?qū)崿F(xiàn)一對(duì)一或一對(duì)多的能量傳輸。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：為了減輕行星表面探測(cè)器的負(fù)載重量和解決行星上的能源的不間斷供應(yīng)問(wèn)題，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種應(yīng)用于行星表面探測(cè)器的微波無(wú)線能量傳輸裝置，實(shí)現(xiàn)行星表面探測(cè)器無(wú)需攜帶能源，并能保持長(zhǎng)時(shí)間工作。 思路：設(shè)計(jì)制作一個(gè)微波無(wú)線能量傳輸裝置，依靠接收太空能源站的發(fā)射天線定向發(fā)射大功率微波能量，經(jīng)該裝置的接收天線陣列和整流電路把微波能量高效率地轉(zhuǎn)換為可用的直流電能，為行星表面探測(cè)器的動(dòng)力和搭載設(shè)備提供能源。 創(chuàng)新點(diǎn)：1、行星表面探測(cè)器自身攜帶能源過(guò)重，使用無(wú)線輸能，可以減輕探測(cè)器的自身重量，并且可以提供穩(wěn)定的能源供應(yīng)；2、太陽(yáng)能供電會(huì)受到太陽(yáng)輻射角度、行星大氣環(huán)境和灰塵的影響，而微波的傳輸不受氣候環(huán)境的影響，并且可靠穩(wěn)定的工作；3、微波無(wú)線輸能裝置能更好的解決行星上能源的補(bǔ)給和持續(xù)性供應(yīng)的問(wèn)題；4、該裝置可應(yīng)用于移動(dòng)性的載體，能夠?qū)崿F(xiàn)一對(duì)一或一對(duì)多的能量傳輸。 技術(shù)關(guān)鍵：1、微波整流天線陣列技術(shù)，轉(zhuǎn)換效率高；2、可靠的電磁兼容系統(tǒng)設(shè)計(jì)；3、高定向性高增益的輻射天線，使微波能以很窄的波束形式發(fā)射，集中微波能量定向傳輸；4、高功率微波源，以保證能量供給充足和保持微波波束的穩(wěn)定；5、太空能源站與行星表面探測(cè)器一對(duì)一或一對(duì)多的能量傳輸。 主要技術(shù)指標(biāo)：1.微波輸能工作頻率2450MHz；2.微波發(fā)射功率不低于700W；3.發(fā)射天線增益不低于24dBi； 4.接收整流天線面積不低于1平方米；5.微波整流電路效率高于50%；6.轉(zhuǎn)換后輸出的直流功率可以用于驅(qū)動(dòng)行星表面探測(cè)器和通信。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)性：行星表面探測(cè)器的微波無(wú)線能量傳輸裝置是微波輸能技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)等多學(xué)科的交叉研究成果。隨著技術(shù)的發(fā)展，行星表面探測(cè)器的微波無(wú)線能量傳輸裝置的高定向性、高效性和大功率傳輸?shù)裙δ艿脑絹?lái)越完善，能夠滿足未來(lái)更多的發(fā)展。 先進(jìn)性：1、重量輕。動(dòng)力來(lái)自燃料的探測(cè)器工作時(shí)間短、裝置體積大和有效載荷小，使用微波無(wú)線輸能裝置，可以減輕探測(cè)器的自身重量，并且可以提供穩(wěn)定的能源供應(yīng)；2、工作時(shí)間長(zhǎng)。來(lái)自太陽(yáng)能供能的探測(cè)器受到太陽(yáng)輻射角度、灰塵和行星大氣環(huán)境的影響很大，而且太陽(yáng)能板會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，裝配微波無(wú)線能量傳輸裝置的行星表面探測(cè)器幾乎不受天氣影響、長(zhǎng)時(shí)間工作和成本低。3、安全性和穩(wěn)定性高。微波無(wú)線輸能裝置能更好的解決行星上能源補(bǔ)給和穩(wěn)定持續(xù)的供應(yīng)問(wèn)題；4、靈活性高。該微波無(wú)線能量傳輸裝置采用無(wú)線方式，可應(yīng)用于移動(dòng)性的載體，并且能夠?qū)崿F(xiàn)一對(duì)一或一對(duì)多的能量傳輸。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- ■實(shí)物、產(chǎn)品 ■錄像 ■圖片
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：1、該裝置采用無(wú)線方式，可應(yīng)用于移動(dòng)性載體，可實(shí)現(xiàn)一對(duì)一或一對(duì)多的能量傳輸；2、微波輸能幾乎不受天氣影響、長(zhǎng)時(shí)間工作；3、解決行星能源補(bǔ)給和持續(xù)性供應(yīng)問(wèn)題。 適用范圍：1、應(yīng)用于空間太陽(yáng)能發(fā)電站（空對(duì)地）。將空間太陽(yáng)能發(fā)電站的電能，經(jīng)該裝置輸送到地球上；2、應(yīng)用于高空飛行平臺(tái)（地對(duì)空）。依靠接收地面的微波能源來(lái)驅(qū)動(dòng)無(wú)人機(jī)或飛艇，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的偵察或作為高空中繼站用于通訊；3、微波輸電（地對(duì)地）。傳統(tǒng)的高壓輸電線的架設(shè)，耗費(fèi)人力物力，而蓄電池能量攜帶有限需要充電，太陽(yáng)能電池易受天氣環(huán)境影響，而且轉(zhuǎn)換效率低。應(yīng)用微波輸電能更好的解決上述問(wèn)題；4、太空供能（空對(duì)空）。太空能源站通過(guò)該裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)近距離太空衛(wèi)星群的大規(guī)模能源供應(yīng)。 市場(chǎng)分析與經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：該裝置可長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用于行星表面探測(cè)器在行星上進(jìn)行監(jiān)視、通信中繼和遙感探測(cè)等活動(dòng)，為持久穩(wěn)固地情報(bào)搜集、監(jiān)視偵察、通信任務(wù)和實(shí)現(xiàn)太空飛行器的群體能源供應(yīng)提供了寬廣的潛力；應(yīng)用該設(shè)備將太空中的能源輸送到地球，能更好的解決地球能源危機(jī)。
同類課題研究水平概述
- 傳統(tǒng)的高壓輸電線的架設(shè)，耗費(fèi)人力物力，對(duì)地理環(huán)境較為復(fù)雜的山區(qū)、荒漠、孤島更是如此。而蓄電池能量攜帶有限需要充電，太陽(yáng)能電池受天氣環(huán)境的影響很大，而且轉(zhuǎn)換效率不高。用先進(jìn)的微波無(wú)線輸電手段代替高壓輸電線是歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家正在努力的方向。 1975年美國(guó)國(guó)家噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室JPL在加州演示了收發(fā)兩端相距1英里的微波功率傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)接收端整流天線得到了30Kw的直流功率。 1987年，加拿大成功的讓機(jī)翼長(zhǎng)為4.5 m的飛機(jī)在2.45 GHz的微波功率驅(qū)動(dòng)下，在低空飛行了20分鐘。 1994年—1995年日本也進(jìn)行了地面上兩點(diǎn)間的微波無(wú)線傳輸能量實(shí)驗(yàn)，接收裝置是一個(gè)3.2米×3.6米的大型整流天線陣，整個(gè)整流天線陣的微波—直流轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了46%。 1996年12月，法國(guó)在美國(guó)、俄羅斯、日本等國(guó)支持下，成功研制了一個(gè)微波無(wú)線供能系統(tǒng)，此系統(tǒng)在留尼旺島岡巴桑峽谷，將電能以微波波束的形式從峽谷的項(xiàng)端傳送到底部，解決了峽谷內(nèi)小村莊的生活、通信用電問(wèn)題。 2000年6月美國(guó)科學(xué)家利用微波將一小型飛行器成功地運(yùn)入太空，標(biāo)志著人類利用微波能量取得突破性進(jìn)展。 利用微波將太空太陽(yáng)能傳輸?shù)降孛鎭?lái)使用，成為微波無(wú)線供能的一個(gè)重要趨勢(shì)。加州最大電力公司—太平洋天然氣與電力公司已經(jīng)宣布，計(jì)劃向欲打造世界上首座軌道太陽(yáng)能發(fā)電廠的Solaren公司購(gòu)買電量。根據(jù)計(jì)劃，Solaren將利用繞地球軌道運(yùn)行的太陽(yáng)能電池板發(fā)電，而后將電量轉(zhuǎn)換成微波加以傳送，位于弗雷斯諾的地面接收站則負(fù)責(zé)接收微波。然后微波將轉(zhuǎn)換成電量并輸入電網(wǎng)。 日本航空宇宙開(kāi)發(fā)中心（JAXA）也在研究類似的太空太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)(SSPS)，有望于2030年前啟動(dòng)。在北海道的研究基地，日本科學(xué)家用直徑2.4m的儀器裝置進(jìn)行了地面接收太空微波的實(shí)驗(yàn)。JAXA的最終目標(biāo)是要建立一個(gè)約3平方公里的地面接收站，生產(chǎn)100萬(wàn)千瓦的電力，給50萬(wàn)個(gè)家庭供電。 目前，微波無(wú)線功率傳輸在國(guó)外已經(jīng)開(kāi)展了大量研究，但是微波無(wú)線功率傳輸?shù)难芯吭趪?guó)內(nèi)尚處于起步階段。我們結(jié)合自身微波技術(shù)研究的特點(diǎn)，在微波無(wú)線輸能方面開(kāi)展了大量的研究，具有較好的研究基礎(chǔ)。我們前期設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的微波無(wú)線供能動(dòng)力小車，已經(jīng)成功完成了演示。
