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太空 初级戴森球?我国要建太空发电站,千米级尺寸吸收太阳能传回地球

太空 初级戴森球?我国要建太空发电站,千米级尺寸吸收太阳能传回地球

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在判断一个星球文明发达程度的时候 , 科学家常常引进“卡尔达舍夫等级”的概念 , 给他们分级 。 一级文明能够利用寄生母星及周围卫星能源的总和 , 二级文明能够收集整个恒星系统的能源 , 比如建造“戴森球”;三级文明则可以将星系能源为己所用 。 目前来看 , 我们人类连0.5级都没达到 。 不过 , 近些年我国提出的一个概念 , 却有点“初级戴森球宝宝”的味道 , 可能会让人类利用能源的文明程度加速进化 。

我们要建戴森球了?

没有 , 现在还只是一个初生代宝宝
据英国《每日邮报》报道 , 中国空间技术研究院提出了一个史无前例的计划 , 为实现碳中和目标 , 计划在2035年前 , 在3.6万公里高的太空建造一个巨型太阳能电站 , 将电能传回地球 。

这是真的
这个计划让人心潮澎湃 , 但是也面临许多技术难题 , 比如它的结构会非常庞大 , 甚至最小也会超过国际空间站10倍以上的体积 。 如此大的结构 , 不可能用火箭一次发射上去 , 而是要分多次发射 , 在太空进行组装 。 它的部件非常多 , 特别是庞大的天线阵面 , 如果仅依靠航天员舱外行走进行组装的话 , 工作量会非常大 。

这种结构组装起来非常麻烦
因此在这之前 , 先要发展精细化的在轨自动组装技术 , 但是目前人类只能进行大舱段的自动对接 , 而在精细化操作领域 , 最先进的是正在研制中的加拿大臂3 , 它计划安装在美国的月球门户空间站上 , 高度智能化 , 在无人值守的时候可以对空间站进行维护维修 。

月球门户空间站上的加拿大臂3还在研制当中
但加拿大臂3能做到的也仅仅只是自动化维护维修而已 , 对于大量的精细化组装工作 , 依然力不从心 。 不过 , 在今年上半年 , 媒体在报道中科院长春光机所在研的新一代空间望远镜时 , 出现了非常新颖的“太空蜘蛛”概念 , 它可以在太阳能电池板上爬行 , 将不同的阵面组合到一起 , 如果此项技术成熟 , “太空发电站”的在轨精细组装问题将迎刃而解 。

圆圈里的太空蜘蛛挺不错的

如果能研制成功 , 将会改变航天器的面貌
而除了在轨精细组装之外 , 要建设规模庞大的太空电站 , 还必须考虑超大型航天器的“轨道-姿态-结构”的耦合动力学和控制问题 。 超大型航天结构组装过程中 , 结构的超大尺度效应和构型变化效应 , 会与空间环境效应作用相耦合 , 将带来极其复杂的耦合动力学现象 , 特别是组装过程中如果出现接触碰撞、变形振动 , 远比现在的空间站要复杂得多 。

太空电站太大里 , 所以会比空间站遇到更多的问题
要解决这个问题 , 一方面是优化结构的可控性设计 , 以有效抑制组装过程中组合体轨道与姿态漂移、控制结构变形与振动 。 另一方面是尽量减少发射次数 , 而这与大型航天器多次发射在轨组装又是矛盾的 。 目前的解决之道是采用新材料 , 让航天器尽可能地轻量化 , 但新材料的应用又是一个庞大的课题 。

关键就在开发轻量化材料
第三 , 太空电站将收集来的太阳能转化为电能之后 , 如何传输出去?这是重中之重 , 目前可行的办法 , 是采用微波的形式 , 将其传送至地面站 。 即通过能量转换装置将电能转化为微波形式 , 利用发射天线向目标位置定向发送微波 , 再经接收装置接收并整流来实现电能的传输 。 目前武大动力与机械学院团队经数年攻关 , 研发出110千伏及220千伏高压线路监测终端无线供电装置 , 已通过国际权威机构检测 , 而湖北更是出现了国内首家以发展无线输电技术为理念的高新技术企业 。

太空 空间站 航天器

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