2022-10-21 13:57

这种适应空间的太阳能电池板可以像折纸一样折叠

Caltech solar power satellite prototype on space station table with earth horizon in window background

加州理工学院的研究人员受到日本折纸设计理论的启发,准备在12月将一颗小型卫星原型送入轨道。这个大约3.9平方英寸的原型机能够利用太阳能并随后将其无线传输回地球。如果成功,这个由航空航天和国防制造商诺斯罗普·格鲁曼公司部分支持的近10年、数百万美元的项目将有助于将可再生能源行业引向一个全新的方向,甚至可以为没有可靠电力基础设施的地区提供清洁电力。

根据加州理工学院最近对两位项目负责人的采访,该卫星结合了三个主要领域的进展:

超轻、高效的光伏电池的开发“功率重量比甚至比目前国际空间站和现代卫星上使用的太阳能电池板大50-100倍”。创造类似的轻量化和低成本的技术 将直流电转换成射频功率,然后以安全微波辐射的形式将该功率传回地球。完善一种轻薄、可折叠、轻便的结构 只能支持所有这些组件,但引导无线电频率输出的需要。

可以说,为了实现这些令人印象深刻的里程碑,加州理工学院的科学家们从最古老的艺术形式之一寻找逐步的方向。“受折纸艺术的启发,通过使用新颖的折叠技术,我们能够显著降低巨型发射航天器的尺寸,”项目联合负责人、航空航天和土木工程Joyce and Kent Kresa教授Sergio Pellegrino在最近的一次采访中说。“包装非常紧密,基本上没有任何空隙。”

最终的目标是将成千上万的太阳能电池板发射到轨道上,每一块都是4乘4英寸的正方形,重量不到十分之一盎司。一旦置于行星上方,这些面板将依次展开形成一个卫星星座,其面积约为3.5平方英里,是太阳的汇集面。

尽管有许多后勤和财务障碍,人们对通过卫星系统获取太阳能可再生能源的兴趣越来越大,主要原因很简单——在地球大气层之外,太阳能阵列假设可以24/7地接收太阳射线,更不用说太空中的能源潜力是每平方米的8倍。也就是说,整体的困难和被禁止的成本可能会使像加州理工学院的项目超出广泛部署的可能性。他补充说,太空太阳能的成本可能在每千瓦时1-2美元之间,而美国电力的成本不到每千瓦时0.17美元。类似的替代方案可以是利用地球上的太阳能电池板,然后表面上反向将其能量传输到卫星上进行全球分配。无论如何,加州理工学院在轻量化和柔性面板系统方面的诸多进步,代表着我们在应对气候危机的创新可再生能源解决方案方面向前迈出的重要一步。