Первое успешное испытание передачи электроэнергии в космосе

Передача электроэнергии в космосе - одна из самых интересных областей космических исследований, которая потенциально способна придать новый поворот в том, как и зачем мы используем космическую среду. Применение этой технологии может иметь два различных назначения: передача электроэнергии от одного носителя к другому в космосе или от носителя в космосе к приемной станции на Земле.

Недавно Калифорнийский технологический институт (Caltech) заявил о первых успехах в работе эксперимента MAPLE, который находится в космосе и демонстрирует оба вышеупомянутых применения. На борту небольшого устройства, установленного на спутнике Space Solar Power Demonstrator (SSPD-1), электрическая энергия была успешно передана примерно на 30 см космической среды и использована для включения светодиодов.

Впоследствии устройство также было протестировано путем отправки на Землю, где был обнаружен сигнал с крыши здания Калтеха, что свидетельствует о возможности передачи микроволнового сигнала, хотя он и оказался слишком слабым, чтобы быть преобразованным обратно в электрическую энергию.

Передача электроэнергии в космосе

Давайте сделаем шаг назад. Чтобы передать электрическую энергию в космос, сначала необходимо ее накопить, а затем установить передатчик. Последний преобразует энергию в электромагнитные волны, в случае эксперимента MAPLE - в микроволны. Они несут энергию и, следовательно, мощность (энергию в единицу времени), которая может быть "принята" приемником, преобразующим ее в электрический ток. Концепция не сильно отличается (по крайней мере, для принимающей стороны) от того, как солнечная батарея преобразует электромагнитные волны Солнца в электричество.

Красной стрелкой показана область, где волны от двух источников ниже складываются. Синей стрелкой показано место, где эти две волны аннулируются или в значительной степени затухают.

Однако ключевое понятие в технологии передачи электроэнергии заключается в другом свойстве волн, называемом интерференцией. Когда две волны от двух разных источников "сталкиваются", эти две волны могут складываться или аннулировать друг друга, со всеми возможными нюансами между этими двумя крайностями.

Точно модулируя источник, можно создать очень точную зону, где волны складываются, в то время как в другом пространстве они аннулируются. В этом случае, как показано на рисунке выше, создается (более или менее широкий) луч, в котором распространяется большая часть мощности и энергии волн источника.

Это создает небольшой пучок волн, где сосредоточена электрическая энергия, направление и интенсивность которой можно изменять, изменяя свойства источников, без перемещения механических частей.

Эксперимент SSPD-1 в Калтехе

Эксперимент SSPD-1 является частью более крупной программы под названием Space Solar Power Project (SSPP), возглавляемой профессорами Али Хаджимири и Серджио Пеллегрино из Калтеха. SSPD-1 состоит из трех различных экспериментов, все они установлены на борту спутника Momentus Space Vigoride 5, запущенного 3 января в рамках миссии SpaceX Transporter 6. Три эксперимента, составляющие этот первый демонстратор, называются Alba, DOLCE и MAPLE.

Alba состоит из группы из 32 различных солнечных батарей, отделенных друг от друга и изготовленных с использованием различных технологий и методов. По сути, это испытательный стенд для солнечных батарей. Есть элементы, изготовленные из перовскита, минерала, состоящего из титаната кальция, другие - из диффузионных III-V переходов, третьи - из кремния и т.д. Результаты этого эксперимента ожидаются в ближайшие месяцы.

DOLCE, с другой стороны, является демонстратором новой технологии выдвижных механизмов и манипуляторов, которые будут полезны для поддержки новых солнечных батарей в космосе, способных открываться и выдвигаться, поддерживаемых с физической точки зрения этими новыми механизмами. В центре эксперимента также находится выдвижной манипулятор, на вершине которого установлены камеры, которые будут снимать весь процесс выдвижения в рамках эксперимента DOLCE. Результаты этого испытания также ожидаются в ближайшие месяцы.

MAPLE

Наконец, эксперимент MAPLE, о котором пойдет речь в этой статье, - это эксперимент, в ходе которого были получены первые результаты передачи электрической энергии. Он состоит из "коробки" размером со спутник 6U и весом около 2,6 кг. На одном конце длинной стороны, на внутренней стенке, установлены 32 решетки антенн, которые используются для микроволновой передачи, происходящей на частоте 9,884 ГГц. На этой стенке также расположена камера.

Описание эксперимента MAPLE.

На противоположной стороне, на расстоянии около 30 см, находится приемная антенна вместе с небольшим сапфировым окном. Часть микроволн, то есть то, что проходит через "окно", предназначено для приемного эксперимента на Земле. С двух длинных сторон, с другой стороны, расположены еще одна приемная антенна и еще одна камера.

Результаты

Эксперимент был успешно проведен внутри камеры MAPLE, успешно включались светодиоды по команде с помощью электрической энергии, вырабатываемой приемной аппаратурой. Несмотря на то, что передача сигнала осуществлялась всего на 30 см, эксперимент проходил в центре космического пространства и никогда ранее не проводился в таких условиях.

Внутренняя часть камеры MAPLE во время эксперимента.

Этот эксперимент, включая успешную передачу волны на Землю, является первым шагом в программе SSPP Калтеха, целью которой является создание целой группировки орбитальных спутников для передачи электроэнергии как между объектами в космосе, так и на Земле.

Программа SSPP началась в 2011 году благодаря частному финансированию предпринимателя Дональда Брена, который также входит в попечительский совет Калтеха. Первоначальное финансирование составило 100 миллионов долларов, а еще 12,5 миллионов долларов предоставила корпорация Northrop Grumman.

источник: