加州理工學院團隊,達成世界首次於太空使用無線電能傳輸技術,將太陽能電力由太空傳送到地球!

- Arthur Chan - 2023-06-07 - visibility Views

加州理工學院的團隊在世界上首次實現了太空無線電能傳輸,成功地將可測量的能量從軌道傳送到地球。太空太陽能項目旨在利用巨大的軌道清潔能源傳送裝置,解決地球的清潔能源問題。太空太陽能具有解決地球清潔能源問題的潛力,因為軌道太陽能設施可以全天候收集陽光,而且不受大氣或天氣條件的影響。從理論上講,太空中的太陽能潛力每平方米比地球上的太陽能電池板高出 8 倍。

該項目面臨著一些艱巨的挑戰,其中之一是可用陣列的尺寸。即使使用加州理工學院團隊正在研究的「智能、超輕、自展開」模塊陣列,一個商業相關的太空太陽能陣列的最終規模可能只達到 9 平方公里,並在地球上安裝同樣規模的接收器陣列上捕捉傳輸到地表的能量。

圖片來源:NewAtlas

這可能需要多達 39 次太空發射,即使使用「智能、超輕、自展開」的模塊陣列。該陣列由一系列模塊組成,每個模塊在發射時約為一立方米,但可以展開成一個巨大的平方形,每邊約 50 米,其中一面覆蓋有太陽能電池,另一面是無線電能發射器。

儘管如此,該項目仍在全力以赴,得益於來自 Irvine 公司董事長 Donald Bren 超過 1 億美元的捐款。現在,該團隊宣布了其第一階段軌道原型測試的結果。該原型測試中包含了三個系統的測試:「DOLCE 模塊」用於測試輕量、可摺疊結構的設計和展開機制;「ALBA 模塊」用於測試不同太陽能電池設計的效果;而「MAPLE 模塊」則用於早期驗證無線電能傳輸技術,該技術將太陽能轉化為無線電能並精確地發射到地球上的接收站,發射器本身沒有任何移動部件。

圖片來源:NewAtlas

「MAPLE 模塊」 測試中的一個部分是進行了短程能量傳輸示範,其中一個發射器陣列將能量發送到距離發射器約 30 厘米的兩個接收器陣列。這是為了驗證團隊的波束控制技術,在太空的極端溫度和輻射環境中,僅通過相位調製和波束間的干涉精確地控制波束。結果,團隊成功地點亮了每個接收器上的小型 LED 燈。

加州理工學院電氣工程和醫學工程教授 Ali Hajimiri表 示:「據我們所知,甚至使用昂貴的剛性結構,在太空中從未有人演示過無線能量傳輸。我們使用輕量靈活的結構和自己的集成電路實現了這一點。這是第一次。」

圖片來源:NewAtlas

該「MAPLE 模塊」還設有一個小窗口,透過該窗口,發射器陣列能夠直接向地球發射能量,瞄準加州理工學院帕薩迪納校區一個工程實驗室屋頂上的接收器。同樣,這個實驗取得了成功;能量束按預期的時間和頻率在地面站被檢測到,並且根據行程距離預測的頻率變化也是正確的。雖能量的功率還未達到可用的程度,但它驗證了團隊能夠精確瞄準長距離的能量束,並且證實所使用的設備能夠在軌道旅行中存活。

加州理工學院航空與土木工程 Joyce 和 Kent Kresa 教授、SSPP 聯合主任 Sergio Pellegrino 表示:「柔性的能量傳輸陣列對於目前的加州理工學院太陽能帆板系統設計至關重要。」Hajimiri 也繼續說:「就像互聯網使得獲取信息民用化一樣,我們希望無線能量傳輸使得獲取能源民用化。地面上將不需要能量傳輸基礎設施來接收這種能量。這意味著我們可以自由地將能量傳送到偏遠地區和受戰爭或自然災害摧毀的地區。」

資料來源:NewAtlas