应用于空间太阳能电站的衍射光学太阳能收集技术研究

摘要

空间太阳能电站可以充分利用空间太阳能资源,并克服地面太阳能利用的诸多问题.作为空间太阳能电站的重要组成部分,太阳能收集系统对传统的太阳能电池技术提出了新的要求,亟需新型太阳能收集技术的发展.本文提出一种基于衍射光学原理的太阳能收集系统,具有聚能比高、大口径、轻量化、可展开等优点,同时满足承载与发射的要求.rn 基于衍射光学的太阳能收集系统是透射形式，首先对空间太阳能电站收集系统的总体指标进行论证，主要性能指标为:衍射透镜口径24 m，收集面积452 m2,焦距250 m，汇聚总功率617963 W，汇聚面积1 m2，功率密度617963 W/m2，收集效率接近450个太阳常数。rn 大口径光学系统在发射前都必须对其进行包装设计以便于装入火箭进行发射。对于口径24 m的衍射透镜，其折叠展开形式以满足发射条件成为设计透镜结构时的关键。伞状折叠方案在展开难易度、展开精度、机构复杂度和轴向对称性几个方面均有优势，适用于大口径光学系统。在发射阶段，可以通过了镜间的四级折叠减小整个衍射透镜的外形尺寸，折叠比确定为5:1，折叠后的透镜口径为4.8 m。rn 太阳能收集系统送至预定轨道后，使用旋转展开法令折叠好的透镜在空间依靠绕自身轴心旋转产生的离心力将镜面展开。透镜从折叠到展开的过程，需要较低的转速保证展开精度和系统稳定性;展开至平面后加速转动，用较大的离心力使镜面保持张紧，消除折叠产生的折皱。附着在侧面的铰接式伸展机构伸展至透镜边缘，实现透镜边缘的捕获并固定，实现面形支撑。