俄研发“太空充电站”为卫星“延寿”

俄研发“太空充电站”为卫星“延寿”

“俄罗斯科学家正在实施‘太空充电站’项目”,俄罗斯《消息报》报道称,根据该项目计划,俄罗斯考虑在太空创建一个卫星群,通过激光为轨道上的航天器进行充电,并利用转化太阳能和收集地球表面的反射光获得电力。俄罗斯专家称,这一系统投入使用后,将使在轨运行卫星寿命延长1.5倍,并节省巨额资金。

用激光为卫星进行充电的想象图

“太空充电站”项目由俄罗斯莫扎伊斯克军事太空学院负责推进,旨在确保在轨运行的小型航天器、卫星-互联网中继器和通信设备平稳运行,这些设备隶属全球卫星搜救系统。根据研发者的构想,未来将在轨道上部署一个由数十个充电机器人组成的卫星群,这些充电机器人的形状类似外星飞碟,内部装有太阳能电池板和光伏模块。光伏模块用于激光束的接收和传输,它包含控制系统、电池和脉冲充电器,能够马上积蓄电能并快速输出。研究人员称,该项目的设想是为位于轨道阴影区域的卫星补充电力,这些卫星通常因得不到充足的阳光照射而电力不足,无法完成预定任务。通过激光充电,可以给卫星持续提供100瓦额外电力。目前,该项目的主要技术障碍是光电转换效率低和电力传输损失高,卫星最终得到电力仅有输出电力的10%至20%。使用红外激光器和基于砷化镓的高效光伏模块,能量传输效率提高到了70%以上。

俄罗斯国内一些科学家认为,“太空充电站”是一个非常有前景的项目,不过目前还需要验证这种输电方式的经济效应。一些科学家指出,根据现有评估,将1公斤有效载荷送入太空轨道需要花费资金约5万美元,这与建造1公斤重的卫星费用相当。如果一颗小型航天器的重量在100至500公斤,将其送入太空的费用最高达2500万美元。而这类小型卫星的服役期通常为5年至7年。如果能够充电的话,可大大延长其在轨有效工作时间,节省巨额资金。另外,除可以延长卫星的使用寿命外,这一项目未来还可以改变卫星的设计理念。如果在轨道上建有充电站为卫星充电,那么就可以将卫星的太阳能电池板缩小,减轻卫星重量,为其携带其他设备腾出空间。俄罗斯齐奥尔科夫斯基宇航科学院院士约宁表示,“太空充电站”从理论上讲是可行的,问题在于实施该项目可能被其他国家,如法国、美国或日本等视为安全威胁。因此,要消除其他国家的担心,可以考虑在国际合作框架内实施这一项目,就像建设国际空间站那样。

实际上,早在2017年俄罗斯国家航天公司就发起用激光给在轨卫星充电的“轨道核电站”研究计划。去年,俄罗斯“能源”火箭航天公司成功测试距离1.5公里的激光输电技术。不过,仍有部分俄罗斯专家认为,“太空充电站”技术应用前景并不明朗,主要在于该项技术实现起来过于复杂,且用途令人费解。而电能和激光相互转化的能量损失太大,使这项技术缺乏经济合理性。另外,“轨道核电站”一旦发生事故,将会造成太空核污染。

(中国国防报 2019年8月20日第四版)

▋来源:中国国防报

▋监制:邹维荣

▋责编:韩阜业

▋编辑:弥向阳