СВЧ-электроника — перспективы в космической энергетике
Проблемы современной энергетики хорошо известны: ограниченность природных ресурсов, вредные выбросы в атмосферу, утилизация радиоактивных отходов АЭС и др. Одно из перспективных направлений в решении этих проблем - использование солнечного излучения как уже существующего, неисчерпаемого и экологичес...
Saved in:
| Published in: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
|---|---|
| Date: | 2007 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2007
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/52887 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | СВЧ-электроника — перспективы в космической энергетике / В.А. Ванке // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2007. — № 6. — С. 12-15. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859891416511021056 |
|---|---|
| author | Ванке, В.А. |
| author_facet | Ванке, В.А. |
| citation_txt | СВЧ-электроника — перспективы в космической энергетике / В.А. Ванке // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2007. — № 6. — С. 12-15. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description | Проблемы современной энергетики хорошо известны: ограниченность природных ресурсов, вредные выбросы в атмосферу, утилизация радиоактивных отходов АЭС и др. Одно из перспективных направлений в решении этих проблем - использование солнечного излучения как уже существующего, неисчерпаемого и экологически чистого источника энергии. К сожалению, эффективность наземных устройств преобразования солнечной энергии в электрическую во многом зависит от погодных условий, и работают они только в светлое время суток. Поэтому в ряде стран разрабатываются проекты создания солнечных электростанций в космосе, на орбите Земли. Но здесь возникает другая сложность - как передать полученную энергию на Землю? Сейчас наиболее эффективным способом решения этой задачи представляется использование СВЧ-излучения.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:53:39Z |
| format | Article |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2007, ¹ 6
12
ÒÅÕÍÈÊÀ ÑÂÅÐÕÂÛÑÎÊÈÕ ×ÀÑÒÎÒ
Ïåðåïå÷àòàíî èç æóðíàëà
«Ýëåêòðîíèêà: Íàóêà. Òåõíîëîãèÿ. Áèçíåñ»,
¹ 5, 2007
Ä. ô.-ì. í. Â. À. ÂÀÍÊÅ
Ðîññèÿ, Ìîñêîâñêèé ãîñ. óíèâåðñèòåò èì. Ì. Â. Ëîìîíîñîâà
E-mail: vanke@orc.ru
Ïðîáëåìû ñîâðåìåííîé ýíåðãåòèêè õîðî-
øî èçâåñòíû: îãðàíè÷åííîñòü ïðèðîäíûõ
ðåñóðñîâ, âðåäíûå âûáðîñû â àòìîñôåðó,
óòèëèçàöèÿ ðàäèîàêòèâíûõ îòõîäîâ ÀÝÑ
è äð. Îäíî èç ïåðñïåêòèâíûõ íàïðàâëåíèé
â ðåøåíèè ýòèõ ïðîáëåì � èñïîëüçîâàíèå
ñîëíå÷íîãî èçëó÷åíèÿ êàê óæå ñóùåñòâó-
þùåãî, íåèñ÷åðïàåìîãî è ýêîëîãè÷åñêè
÷èñòîãî èñòî÷íèêà ýíåðãèè. Ê ñîæàëåíèþ,
ýôôåêòèâíîñòü íàçåìíûõ óñòðîéñòâ
ïðåîáðàçîâàíèÿ ñîëíå÷íîé ýíåðãèè â ýëåê-
òðè÷åñêóþ âî ìíîãîì çàâèñèò îò ïîãîä-
íûõ óñëîâèé, è ðàáîòàþò îíè òîëüêî â
ñâåòëîå âðåìÿ ñóòîê. Ïîýòîìó â ðÿäå
ñòðàí ðàçðàáàòûâàþòñÿ ïðîåêòû ñîçäà-
íèÿ ñîëíå÷íûõ ýëåêòðîñòàíöèé â êîñìî-
ñå, íà îðáèòå Çåìëè. Íî çäåñü âîçíèêàåò
äðóãàÿ ñëîæíîñòü � êàê ïåðåäàòü ïîëó-
÷åííóþ ýíåðãèþ íà Çåìëþ? Ñåé÷àñ íàèáî-
ëåå ýôôåêòèâíûì ñïîñîáîì ðåøåíèÿ
ýòîé çàäà÷è ïðåäñòàâëÿåòñÿ èñïîëüçîâà-
íèå ÑÂ×-èçëó÷åíèÿ.
Îäèí èç êðóïíåéøèõ ðîññèéñêèõ ôèçèêîâ, ëàó-
ðåàò Íîáåëåâñêîé ïðåìèè, àêàäåìèê Ïåòð Ëåîíèäî-
âè÷ Êàïèöà ïîñâÿòèë íåìàëî âðåìåíè èññëåäîâàíèþ
ïåðñïåêòèâ èñïîëüçîâàíèÿ ÑÂ×-êîëåáàíèé è âîëí
äëÿ ñîçäàíèÿ íîâûõ è âûñîêîýôôåêòèâíûõ ñèñòåì
ïåðåäà÷è ýíåðãèè.  1962 ãîäó â ïðåäèñëîâèè ê ñâî-
åé ìîíîãðàôèè îí ïèñàë «... ÿ õî÷ó íàïîìíèòü, ÷òî
ýëåêòðîòåõíèêà, ïðåæäå ÷åì ïðèéòè íà ñëóæáó ýíåð-
ãåòèêå, â ïðîøëîì âåêå çàíèìàëàñü øèðîêî òîëüêî
âîïðîñàìè ýëåêòðîñâÿçè (òåëåãðàô, ñèãíàëèçàöèÿ è
ïð.). Âïîëíå âåðîÿòíî, ÷òî èñòîðèÿ ïîâòîðèòñÿ: òå-
ïåðü ýëåêòðîíèêà èñïîëüçóåòñÿ ãëàâíûì îáðàçîì äëÿ
öåëåé ðàäèîñâÿçè, íî åå áóäóùåå ëåæèò â ðåøåíèè
êðóïíåéøèõ ïðîáëåì ýíåðãåòèêè» [1].
 òî æå âðåìÿ èçâåñòíûé ñïåöèàëèñò â îáëàñòè
ÑÂ×-ýëåêòðîíèêè Âèëüÿì Áðàóí (William Ñ. Brown)
ïðîâîäèë â ÑØÀ (Raytheon Co.) ýêñïåðèìåíòû ïî
ñîçäàíèþ òðàêòîâ ïåðåäà÷è ýíåðãèè ÑÂ×-ïó÷êîì
(Wireless Power Transmission � WPT). Áûëî âïåð-
âûå èñïûòàíî óñòðîéñòâî, ñïîñîáíîå ïðèíèìàòü è
ïðåîáðàçîâûâàòü ýíåðãèþ ÑÂ×-ïó÷êà â ýíåðãèþ ïî-
ñòîÿííîãî òîêà. Ýòî óñòðîéñòâî � àíòåííàÿ ðåøåò-
êà, ñîñòîÿùàÿ èç ïîëóâîëíîâûõ äèïîëåé, íåçàâèñè-
ÑÂ×-ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ � ÏÅÐÑÏÅÊÒÈÂÛ
 ÊÎÑÌÈ×ÅÑÊÎÉ ÝÍÅÐÃÅÒÈÊÅ
ìî íàãðóæåííûõ íà âûñîêîýôôåêòèâíûå äèîäû ñ áàðü-
åðîì Øîòòêè, � ïîëó÷èëî íàçâàíèå ðåêòåííà (îò
àíãë. rectify è antenna). Âïîñëåäñòâèè ðåêòåííû ñî-
âåðøåíñòâîâàëè âî ìíîãèõ ñòðàíàõ. Óæå â 1976 ãîäó
[2] Âèëüÿìó Áðàóíó óäàëîñü ïåðåäàòü ÑÂ×-ïó÷êîì
ìîùíîñòü 30 êÂò íà ðàññòîÿíèå â 1 ìèëþ (1,6 êì).
ÊÏÄ ðåêòåííû â ýòîì ýêñïåðèìåíòå ïðåâûøàë 80%.
Îäíî èç âîçìîæíûõ ïðèìåíåíèé ÑÂ×-ïó÷êîâ �
ïåðåäà÷à ýíåðãèè ñ ñîëíå÷íûõ êîñìè÷åñêèõ ýëåê-
òðîñòàíöèé (ÑÊÝÑ).
Îáùàÿ ñõåìà ÑÊÝÑ
 1968 ãîäó àìåðèêàíñêèé ñïåöèàëèñò â îáëàñòè
êîñìè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé Ïèòåð Å. Ãëåéçåð (Peter
E. GIaser) ïðåäëîæèë ðàçìåùàòü êðóïíûå ïàíåëè ñîë-
íå÷íûõ áàòàðåé íà ãåîñòàöèîíàðíîé îðáèòå, à âûðà-
áàòûâàåìóþ èìè ýíåðãèþ (óðîâíÿ 5�10 ÃÂò) ïåðå-
äàâàòü íà ïîâåðõíîñòü Çåìëè õîðîøî ñôîêóñèðîâàí-
íûì ïó÷êîì ÑÂ×-èçëó÷åíèÿ, ïðåîáðàçîâûâàòü â
ýíåðãèþ ïîñòîÿííîãî èëè ïåðåìåííîãî òîêà òåõíè-
÷åñêîé ÷àñòîòû è ðàçäàâàòü ïîòðåáèòåëÿì [3]. Òàêàÿ
ñõåìà (ðèñ. 1) ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü èíòåíñèâíûé
ïîòîê ñîëíå÷íîãî èçëó÷åíèÿ, ñóùåñòâóþùèé íà ãåî-
ñòàöèîíàðíîé îðáèòå (~1,4 êÂò/ì2), è ïåðåäàâàòü ïî-
ëó÷åííóþ ýíåðãèþ íà ïîâåðõíîñòü Çåìëè íåïðåðûâ-
íî � âíå çàâèñèìîñòè îò âðåìåíè ñóòîê è ïîãîäíûõ
óñëîâèé [3�12]. Çà ñ÷åò íàêëîíà ýêâàòîðèàëüíîé
ïëîñêîñòè ê ïëîñêîñòè ýêëèïòèêè ïîä óãëîì 23,5°
ñïóòíèê íà ãåîñòàöèîíàðíîé îðáèòå ïðàêòè÷åñêè ïî-
ñòîÿííî îñâåùåí ïîòîêîì ñîëíå÷íîé ðàäèàöèè. Èñ-
êëþ÷åíèå ñîñòàâëÿþò ëèøü íåáîëüøèå ïåðèîäû âðå-
ìåíè âáëèçè äíåé âåñåííåãî è îñåííåãî ðàâíîäåí-
ñòâèÿ, êîãäà ñïóòíèê ïîïàäàåò â òåíü Çåìëè. Ýòè
Ñ
îë
íå
֒
àÿ
ð
àä
èà
öè
ÿ
1,
4
êÂ
ò/
ì
2ÑÊÝÑ
ÑÂ×-ïó÷îê
36000 êì
23,5°
Ãåîñòàöèîíàðíàÿ
îðáèòà
Ðèñ. 1. Îáùàÿ ñõåìà ÑÊÝÑ
N
S
Òåíü Çåìëè
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2007, ¹ 6
13
ÒÅÕÍÈÊÀ ÑÂÅÐÕÂÛÑÎÊÈÕ ×ÀÑÒÎÒ
ïåðèîäû ìîæíî òî÷íî ïðåäñêàçàòü, è â ñóììå îíè íå
ïðåâûøàþò 1% îò îáùåé ïðîäîëæèòåëüíîñòè ãîäà.
×àñòîòà ýëåêòðîìàãíèòíûõ êîëåáàíèé ÑÂ×-ïó÷-
êà äîëæíà ñîîòâåòñòâîâàòü òåì äèàïàçîíàì, êîòîðûå
âûäåëåíû äëÿ ïðîìûøëåííûõ ïðèìåíåíèé, íàó÷íûõ
èññëåäîâàíèé è ìåäèöèíû. Åñëè ýòà ÷àñòîòà âûáðà-
íà ðàâíîé 2,45 ÃÃö, òî ìåòåîðîëîãè÷åñêèå óñëîâèÿ,
âêëþ÷àÿ ãóñòóþ îáëà÷íîñòü è èíòåíñèâíûå îñàäêè,
ïðàêòè÷åñêè íå âëèÿþò íà ÊÏÄ ïåðåäà÷è ýíåðãèè.
Äèàïàçîí 5,8 ÃÃö âåñüìà ïðèâëåêàòåëåí, ïîñêîëüêó
äàåò âîçìîæíîñòü óìåíüøèòü ðàçìåðû ïåðåäàþùåé
è ïðèåìíîé àíòåíí. Îäíàêî âëèÿíèå ìåòåîðîëîãè-
÷åñêèõ óñëîâèé çäåñü òðåáóåò äîïîëíèòåëüíîãî èç-
ó÷åíèÿ.
Ñîâðåìåííûé óðîâåíü ðàçâèòèÿ ÑÂ×-ýëåêòðîíè-
êè ïîçâîëÿåò ãîâîðèòü î äîâîëüíî âûñîêîì çíà÷å-
íèè ÊÏÄ ïåðåäà÷è ýíåðãèè ÑÂ×-ïó÷êîì ñ ãåîñòàöè-
îíàðíîé îðáèòû íà ïîâåðõíîñòü Çåìëè � ïîðÿäêà
70�75%. Ïðè ýòîì äèàìåòð ïåðåäàþùåé àíòåííû
îáû÷íî âûáèðàþò ðàâíûì 1 êì, à ðàçìåð íàçåìíîé
ðåêòåííû � 10×13 êì äëÿ øèðîòû ìåñòíîñòè 35°.
ÑÊÝÑ ñ óðîâíåì âûõîäíîé ìîùíîñòè 5 ÃÂò èìååò
ïëîòíîñòü èçëó÷àåìîé ìîùíîñòè â öåíòðå ïåðåäà-
þùåé àíòåííû 23 êÂò/ì2, à â öåíòðå ïðèåìíîé �
230 Âò/ì2 (ðèñ. 2).
Áûëè èññëåäîâàíû ðàçëè÷íûå òèïû òâåðäîòåëü-
íûõ è âàêóóìíûõ ÑÂ×-ãåíåðàòîðîâ äëÿ ïåðåäàþùåé
àíòåííû ÑÊÝÑ.  ÷àñòíîñòè, Âèëüÿì Áðàóí ïîêà-
çàë, ÷òî õîðîøî îñâîåííûå ïðîìûøëåííîñòüþ ìàã-
íåòðîíû, ïðåäíàçíà÷åííûå äëÿ ÑÂ×-ïå÷åé, ìîæíî
èñïîëüçîâàòü òàêæå è â ïåðåäàþùèõ àíòåííûõ ðå-
øåòêàõ ÑÊÝÑ. Äëÿ ýòîãî êàæäûé èç íèõ íóæíî ñíàá-
äèòü ñîáñòâåííîé öåïüþ îòðèöàòåëüíîé îáðàòíîé
ñâÿçè ïî ôàçå ïî îòíîøåíèþ ê âíåøíåìó ñèíõðîíè-
çèðóþùåìó ñèãíàëó (òàê íàçûâàåìûé Magnetron Di-
rectional Amplifier � MDA). Ïåðåäàþùàÿ àíòåííà
ÑÊÝÑ â ýòîì ñëó÷àå ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îáðàòíî
ïåðåèçëó÷àþùóþ àêòèâíóþ àíòåííóþ ðåøåòêó íà
îñíîâå ùåëåâûõ âîëíîâîäîâ. Åå ãðóáàÿ îðèåíòàöèÿ
ïðîèçâîäèòñÿ ìåõàíè÷åñêè, à äëÿ òî÷íîãî íàâåäåíèÿ
ÑÂ×-ïó÷êà ñëóæèò ïèëîò-ñèãíàë, èçëó÷àåìûé èç öåí-
òðà ïðèåìíîé ðåêòåííû è àíàëèçèðóåìûé íà ïîâåðõ-
íîñòè ïåðåäàþùåé àíòåííû ñåòüþ äàò÷èêîâ.
Ðåêòåííà (ðèñ. 3) � âûñîêîýôôåêòèâíàÿ ïðèåì-
íî-ïðåîáðàçóþùàÿ ñèñòåìà, îäíàêî íèçêîâîëüòíîñòü
äèîäîâ è íåîáõîäèìîñòü èõ ïîñëåäîâàòåëüíîé êîì-
ìóòàöèè ìîæåò ïðèâîäèòü ê ëàâèíîîáðàçíûì ïðî-
áîÿì. Óñòðàíèòü ýòó ïðîáëåìó âî ìíîãîì ïîçâîëÿåò
öèêëîòðîííûé ïðåîáðàçîâàòåëü ýíåðãèè [8, 13, 14].
Äîñòîèíñòâà ÑÊÝÑ
Âêðàòöå îïèøåì ïðåèìóùåñòâà, êîòîðûå èìååò
ÑÊÝÑ êàê îäíà èç ýíåðãîñèñòåì áóäóùåãî.
� ÑÊÝÑ èñïîëüçóåò íåèñòîùèìóþ (âîçîáíîâëÿ-
åìóþ) ýíåðãèþ Ñîëíöà � óæå ñîçäàííîãî ïðèðîäîé
òåðìîÿäåðíîãî êîòëà, áëàãîäàðÿ êîòîðîìó ñóùåñòâó-
åò âñå æèâîå íà íàøåé ïëàíåòå.
� Íå ðàñõîäóþòñÿ îãðàíè÷åííûå è öåííûå äëÿ
òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ áóäóùåãî ïðèðîäíûå
ðåñóðñû Çåìëè (óãîëü, íåôòü, ãàç è äð.).
� ÑÊÝÑ îáåñïå÷èâàåò ìèíèìàëüíûå òåïëîâûå
ïîòåðè (ÊÏÄ ðåêòåííû ìîæåò äîñòèãàòü 85�90%),
÷òî äîâîëüíî ñóùåñòâåííî � òåïëîâîå çàãðÿçíåíèå
ÿâëÿåòñÿ îäíîé èç íàèáîëåå êðóïíûõ ãëîáàëüíûõ
ïðîáëåì ÷åëîâå÷åñòâà.
� Îòñóòñòâóþò âûáðîñû, çàãðÿçíÿþùèå àòìî-
ñôåðó.
� Íåò ïðîáëåì, ñâÿçàííûõ ñ çàõîðîíåíèåì ðà-
äèîàêòèâíûõ îòõîäîâ è/èëè îòðàáîòàâøåãî ðåñóðñ
ðàäèîàêòèâíîãî îáîðóäîâàíèÿ.
� Íàçåìíóþ ïðèåìíóþ ñèñòåìó ìîæíî ïðèïîä-
íÿòü íàä ïîâåðõíîñòüþ Çåìëè, ïðè ýòîì åå ïðîçðà÷-
íîñòü äëÿ ñîëíå÷íîãî èçëó÷åíèÿ ìîæåò äîñòèãàòü
80�90%. Ýòî ïîçâîëÿåò ýôôåêòèâíî èñïîëüçîâàòü
ïëîùàäü ïðèåìíîé ñèñòåìû äëÿ ñåëüñêîõîçÿéñòâåí-
íûõ èëè ïðîìûøëåííûõ öåëåé.
� Ìèêðîâîëíîâûé ïó÷îê ÑÊÝÑ ìîæíî ëåãêî ïå-
ðåáðàñûâàòü ñ îäíîé ïðèåìíîé ñèñòåìû íà äðóãóþ,
òåì ñàìûì îáåñïå÷èâàÿ âîçìîæíîñòü îïåðàòèâíîãî
ïåðåêëþ÷åíèÿ òåððèòîðèàëüíî óäàëåííûõ ïîòðåáè-
òåëåé.
Èç èñòîðèè èññëåäîâàíèé â îáëàñòè ÑÊÝÑ
Ïåðâîå äåñÿòèëåòèå ïîñëå ïîÿâëåíèÿ êîíöåïöèè
ÑÊÝÑ õàðàêòåðèçîâàëîñü ïîñòåïåííûì ðîñòîì èí-
òåðåñà ê íåé ñî ñòîðîíû âåäóùèõ àýðîêîñìè÷åñêèõ
ôèðì � Boeing Aerospace Co., Grumman Aerospace
Corp., Rockwell Inc. è äð. Èññëåäîâàíèÿ â îáëàñòè
ÑÊÝÑ âûïîëíÿëèñü çà ñ÷åò ñîáñòâåííûõ ðåñóðñîâ
ýòèõ êîìïàíèé [2].
0,005 ìÂò/ñì2
1 ìÂò/ñì2
230 Âò/ì2
ÑÂ×-ïó÷îê
2,45 ÃÃö
Ðåêòåííà
Ðîññèéñêèé
ìåäèöèíñêèé
ñòàíäàðò � 10 ìêÂò/ñì2
0 5 10 20 êì
Îõðàííàÿ çîíà
Ðèñ. 2. Ðàñïðåäåëåíèå ïëîòíîñòè ÑÂ×-ìîùíîñòè
íà ïîâåðõíîñòè Çåìëè
Ðèñ. 3. Ýñêèç îáùåãî âèäà ðåêòåííû
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2007, ¹ 6
14
ÒÅÕÍÈÊÀ ÑÂÅÐÕÂÛÑÎÊÈÕ ×ÀÑÒÎÒ
 1978�1979 ãîäàõ â ÑØÀ ïîä ðóêîâîäñòâîì
Ìèíèñòåðñòâà ýíåðãåòèêè (Department of Energy �
DOE) è ÍÀÑÀ (NASA) áûëà âûïîëíåíà ïåðâàÿ ãî-
ñóäàðñòâåííàÿ íàó÷íî-èññëåäîâàòåëüñêàÿ ïðîãðàììà,
íàïðàâëåííàÿ íà îïðåäåëåíèå ïåðñïåêòèâ ÑÊÝÑ [7].
 1995�1997 ãîäàõ ÍÀÑÀ âíîâü âåðíóëîñü ê îáñóæ-
äåíèþ ïåðñïåêòèâ ÑÊÝÑ, îïèðàÿñü íà ïðîãðåññ òåõ-
íîëîãèé, äîñòèãíóòûé ê òîìó âðåìåíè [9]. Èññëåäî-
âàíèÿ áûëè ïðîäîëæåíû â 1999�2000 ãîäàõ (Space
Solar Power (SSP) Strategic Research & Technology
Program) [10].
Íàèáîëåå àêòèâíî è ïëàíîìåðíî èññëåäîâàíèÿ â
îáëàñòè ÑÊÝÑ ïðîâîäèëà ßïîíèÿ. Â 1981 ãîäó ïîä
ðóêîâîäñòâîì ïðîôåññîðîâ Ì. Íàãàòîìî (Makoto
Nagatomo) è Ñ. Ñàñàêè (Susumu Sasaki) â Èíñòèòóòå
êîñìè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé ßïîíèè áûëè íà÷àòû
èññëåäîâàíèÿ ïî ðàçðàáîòêå ïðîòîòèïà ÑÊÝÑ ñ óðîâ-
íåì ìîùíîñòè 10 ÌÂò, êîòîðûé ìîã áû áûòü ñîçäàí
ñ èñïîëüçîâàíèåì ñóùåñòâóþùèõ ðàêåòîíîñèòåëåé.
Ñîçäàíèå òàêîãî ïðîòîòèïà ïîçâîëÿåò íàêîïèòü òåõ-
íîëîãè÷åñêèé îïûò è ïîäãîòîâèòü îñíîâó äëÿ ôîð-
ìèðîâàíèÿ êîììåð÷åñêèõ ñèñòåì. Ïðîåêò áûë íàçâàí
ÑÊÝÑ2000 (SPS2000) [7] (ðèñ. 4) è ïîëó÷èë ïðèçíà-
íèå âî ìíîãèõ ñòðàíàõ ìèðà.
Áîëåå 25 ëåò ðåãóëÿðíî ïðîâîäèòñÿ åæåãîäíûé
âñåÿïîíñêèé ñèìïîçèóì ïî êîñìè÷åñêîé ýíåðãåòèêå
[12,15]. Îñîáåííî àêòèâíî â ðàçâèòèè êîíöåïöèè
ÑÊÝÑ ó÷àñòâóþò óíèâåðñèòåò Êèîòî � ïðîô.
Õ. Ìàòñóìîòî (Hiroshi Matsumoto), ïðîô. Ê. Õàøè-
ìîòî (Kozo Hashimoto), óíèâåðñèòåò Õîêêàéäî �
ïðîô. Ê. Èòî (Kiyohiko Itoh), óíèâåðñèòåò Êîáå �
ïðîô. Í. Êàéÿ (Nobuyuiki Kaya) è äð. Â 2003 ãîäó
óíèâåðñèòåò Êèîòî ïîëó÷èë ñòàòóñ ïåðñïåêòèâíîãî
öåíòðà èññëåäîâàíèé â îáëàñòè âîçîáíîâëÿåìûõ èñ-
òî÷íèêîâ ýíåðãèè (Center of Excellence on Sustainable
Energy System). Â 2004 ãîäó â òîì æå óíèâåðñèòåòå
îðãàíèçîâàí íàó÷íî-èññëåäîâàòåëüñêèé èíñòèòóò âîç-
îáíîâëÿåìîé ñðåäû îáèòàíèÿ ÷åëîâåêà (Research
Institute for Sustainable Humanosphere). Îäíèì èç
êðóïíûõ íàïðàâëåíèé ðàáîò ýòîãî èíñòèòóòà ÿâëÿ-
þòñÿ èññëåäîâàíèÿ â ñôåðå ÑÊÝÑ.
Ôðàíöèÿ, Êàíàäà, Ðîññèÿ, Ãåðìàíèÿ è ðÿä äðóãèõ
ñòðàí â òîé èëè èíîé ìåðå òàêæå ïðîâîäèëè èññëå-
äîâàíèÿ â îáëàñòè ÑÊÝÑ.
Âàðèàíòû êîíñòðóêöèè ÑÊÝÑ
Ðàííèå êîíñòðóêöèè ÑÊÝÑ ñ óðîâíåì ìîùíîñòè
5 ÃÂò ïðåäñòàâëÿëè ñîáîé ïëîñêóþ ïàíåëü ñîëíå÷-
íûõ áàòàðåé ðàçìåðîì 5×10 êì, ïîñòîÿííî îðèåíòè-
ðîâàííóþ ïåðïåíäèêóëÿðíî ïîòîêó ñîëíå÷íîé ðàäè-
àöèè (ñì. ðèñ. 1). Ïåðåäàþùàÿ àíòåííà äèàìåòðîì
1 êì ñâÿçàíà ñ îñíîâíîé ïàíåëüþ ñî÷ëåíåíèåì òèïà
êàðäàííîãî ïîäâåñà, ÷òî ïîçâîëÿåò îðèåíòèðîâàòü åå
íà ïðèåìíóþ ðåêòåííó, ðàñïîëîæåííóþ íà ïîâåðõ-
íîñòè Çåìëè.
 ýòèõ êîíñòðóêöèÿõ èñïîëüçîâàëèñü Si-ôîòîáà-
òàðåè èëè ôîòîáàòàðåè íà îñíîâå ñîåäèíåíèÿ GaAlAs
ñ ÊÏÄ ïîðÿäêà 12%. Çà ïðîøåäøèå äåñÿòèëåòèÿ ïðî-
ãðåññ â îáëàñòè ôîòîáàòàðåé áûë âåñüìà çíà÷èòåëü-
íûì, è ñåãîäíÿ ìîæíî ãîâîðèòü î ÊÏÄ ïîðÿäêà 30�
40%. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ðàçìåðû, ìàññà è ñòîèìîñòü
ÑÊÝÑ ñóùåñòâåííî ñíèçÿòñÿ. Â äàëüíåéøåì ýòà òåí-
äåíöèÿ áóäåò, âåðîÿòíî, ïðîäîëæàòüñÿ.
Ñîâðåìåííûå êîíñòðóêöèè ïîëíîìàñøòàáíûõ
ÑÊÝÑ ïðåäïîëàãàþò îòêàç îò òåõíè÷åñêè ñëîæíûõ
è íåäîñòàòî÷íî íàäåæíûõ âðàùàþùèõñÿ óçëîâ. ×òî-
Ðèñ. 4. Äåéñòâóþùèé ìàêåò SPS2000 â âûñòàâî÷íîì çàëå
Èíñòèòóòà êîñìè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé ßïîíèè
Ñèñòåìà
ðàñïðåäåëåíèÿ ýíåðãèè
Ñîëíå÷íûå áàòàðåè
ÑÂ×
ïåðåäàþùàÿ àíòåííà
Ðèñ. 5. Ñõåìà ÑÊÝÑ ñ ãðàâèòàöèîííîé ñòàáèëèçàöèåé
(ßïîíèÿ)
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2007, ¹ 6
15
ÒÅÕÍÈÊÀ ÑÂÅÐÕÂÛÑÎÊÈÕ ×ÀÑÒÎÒ
áû ñòàáèëèçèðîâàòü ÑÊÝÑ â ïðîñòðàíñòâå, â òàêèõ
êîíñòðóêöèÿõ çàäåéñòâóþò åñòåñòâåííûé ãðàäèåíò
ãðàâèòàöèîííîãî ïîëÿ Çåìëè. Êîíñòðóêöèÿ äëèíîé
15�20 êì (ðèñ. 5) îáåñïå÷èâàåò ïîñòîÿííóþ îðèåí-
òàöèþ ÑÂ×-ïó÷êà âäîëü íàïðàâëåíèÿ, èñõîäÿùåãî èç
öåíòðà çåìíîãî øàðà.
Åùå îäèí âàðèàíò � ÑÊÝÑ ñ âðàùåíèåì êîí-
ñòðóêöèè (~1 îá./÷), êîòîðîå ïîçâîëÿåò ñòàáèëèçèðî-
âàòü åå îòíîñèòåëüíî ïîòîêà ñîëíå÷íîé ðàäèàöèè
(ðèñ. 6).
Îïðåäåëåííûé èíòåðåñ âûçâàëà è òàê íàçûâàå-
ìàÿ «ñýíäâè÷-êîíñòðóêöèÿ», îáúåäèíÿþùàÿ ôîòîáà-
òàðåè è ïåðåäàþùóþ àíòåííó ÑÊÝÑ (ðèñ. 7). Òîí-
êîïëåíî÷íûå íàäóâíûå îòðàæàòåëè êîíöåíòðèðóþò
ñîëíå÷íîå èçëó÷åíèå íà òîé ïîâåðõíîñòè «ñýíäâè÷-
ñòðóêòóðû», êîòîðàÿ ñîäåðæèò ôîòîáàòàðåè. Â öåëîì
êîíñòðóêöèÿ âåñüìà ïåðñïåêòèâíà, îäíàêî âîïðîñû
îòâîäà òåïëà èç âíóòðåííèõ ÷àñòåé «ñýíäâè÷-ñèñòå-
ìû» äîëæíû áûòü ïîäðîáíî èçó÷åíû. Ýòî îñîáåííî
àêòóàëüíî äëÿ äèàïàçîíà 5,8 ÃÃö, êîòîðîìó ñîîòâåò-
ñòâóåò ìåíüøèé äèàìåòð àíòåííû è áîëåå âûñîêàÿ
ïëîòíîñòü ìîùíîñòè ÑÂ×-ïó÷êà.
Ìåæäóíàðîäíîå ñîòðóäíè÷åñòâî
Óæå íàêîïëåí îïðåäåëåííûé ïîçèòèâíûé îïûò
ìåæäóíàðîäíîãî ñîòðóäíè÷åñòâà â îáëàñòè óïðàâëÿ-
åìîãî òåðìîÿäåðíîãî ñèíòåçà (ITER), ñîçäàíèÿ è èñ-
ïîëüçîâàíèÿ ìåæäóíàðîäíîé êîñìè÷åñêîé ñòàíöèè
(ISS), ðàçðàáîòêè è ñîçäàíèÿ ïóñêîâîãî ðàêåòíîãî
êîìïëåêñà «Ìîðñêîé ñòàðò» (Sea Launch) è äð.
Ìåæäóíàðîäíîå ñîòðóäíè÷åñòâî ïîäîáíîãî òèïà
áûëî áû âåñüìà ïðîäóêòèâíûì äëÿ ðàçðàáîòêè è ñî-
çäàíèÿ ýêñïåðèìåíòàëüíîãî ïðîòîòèïà ÑÊÝÑ ñ óðîâ-
íåì ìîùíîñòè 5�10 ÌÂò. Ýòè ðàáîòû, âåðîÿòíî,
çàéìóò 10�20 ëåò. Â ïðîåêòå ìîæíî çàäåéñòâîâàòü
ñóùåñòâóþùèå èëè ÷àñòè÷íî ìîäåðíèçèðîâàííûå
ðàêåòíî-òðàíñïîðòíûå ñèñòåìû.
Êîììåð÷åñêîå ïðèìåíåíèå ÑÊÝÑ (5�10 ÃÂò)
ñòàíåò âîçìîæíûì, ñêîðåå âñåãî, íå ðàíåå ÷åì ÷åðåç
30�50 ëåò. Äëÿ ýòîãî íåîáõîäèìû òðàíñïîðòíûå
ñðåäñòâà íîâîãî ïîêîëåíèÿ ñ ñóùåñòâåííî ñíèæåí-
íîé óäåëüíîé ñòîèìîñòüþ äîñòàâêè ãðóçîâ íà îðáè-
òó. Òàêèå òðàíñïîðòíûå ñðåäñòâà îáÿçàòåëüíî ïîÿâÿò-
ñÿ â ñâÿçè ñ îáùèìè òåíäåíöèÿìè ïðîìûøëåííîãî
îñâîåíèÿ êîñìè÷åñêîãî ïðîñòðàíñòâà. Öåëåíàïðàâ-
ëåííûå ðàáîòû ïî ëèíèè ÑÊÝÑ ìîãóò óñêîðèòü ýòîò
ïðîöåññ.
ÑÊÝÑ � îäíà èç íàèáîëåå ïåðñïåêòèâíûõ, ýêî-
ëîãè÷åñêè ÷èñòûõ ýíåðãîñèñòåì áóäóùåãî, êîòîðàÿ
íå òîëüêî áàçèðóåòñÿ íà øèðîêîìàñøòàáíîì èñïîëü-
çîâàíèè ñðåäñòâ ñîâðåìåííîé ýëåêòðîíèêè, íî è áó-
äåò ýôôåêòèâíî ñòèìóëèðîâàòü åå ðàçâèòèå â äàëü-
íåéøåì.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
1. Êàïèöà Ï. Ë. Ýëåêòðîíèêà áîëüøèõ ìîùíîñòåé.� Ì.: Èçä.
ÀÍ ÑÑÑÐ, 1962.
2. Âàíêå Â. À., Ëîïóõèí Â. Ì., Ñàââèí Â. Ë. Ïðîáëåìû ñîë-
íå÷íûõ êîñìè÷åñêèõ ýëåêòðîñòàíöèé // Óñïåõè ôèçè÷åñêèõ íàóê,
1977, ò. 123, âûï. 4, ñ. 633.
3. Glaser P. E. Power from the Sun: its Future.� Science, 1968,
vol. 162, p. 857.
4. Ãðèëèõåñ Â. À. Ñîëíå÷íûå êîñìè÷åñêèå ýíåðãîñòàíöèè.�
Ë.: Íàóêà, 1986.
5. Âàíêå Â. À., Ëåñêîâ Ë. Â., Ëóêüÿíîâ À. Â. Êîñìè÷åñêèå
ýíåðãîñèñòåìû.� Ì.: Ìàøèíîñòðîåíèå, 1990.
6. Íàðèìàíîâ Å. À. Êîñìè÷åñêèå ñîëíå÷íûå ýëåêòðîñòàí-
öèè.� Ì.: Çíàíèå, 1991.
7. Íàãàòîìî Ì., Ñàñàêè Ñ., Íàðóî É., Âàíêå Â. À. Ðàáîòû Èí-
ñòèòóòà êîñìè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé ßïîíèè â îáëàñòè êîñìè÷å-
ñêîé ýíåðãåòèêè // Óñïåõè ôèçè÷åñêèõ íàóê, 1994, ò. 164, ñ. 631.
8. Vanke V. A., Matsumoto H., Shinohara N., Kita A. Cyclotron
Wave Converter of Microwaves into DC.� IEICE Trans, on Electro-
nics (Japan), 1998, vol. E81-C, No. 7, p. 1136.
9. Mankins J. C. A Fresh Look at Space Solar Power: New Archi-
tectures, Concept and Technologies, 1997 - http://www.spacefuture.com/
archive/a_fresh_look_at_space_solar_power_new_architectures_
concepts_and_ technologies.shtml.
10. Mankins J. C. The Promise and the Challenge of Space Solar
Power.� July 2003, Japan/US Workshop, Kyoto Univ., Japan.
11. Boswell D. Whatever happened to solar power satellites? �
The Space Review, August 10, 2004, http://www.thespacereview.com/
article/214/1.
12. The Proceedings of the 8th SPS Symposium. Sept. 2005, Kyoto
Univ., Japan.
13. Áóäçèíñêèé Þ., Áûêîâñêèé Ñ., Âàíêå Â. Íåòðàäèöèîííàÿ
âàêóóìíàÿ ÑÂ×-ýëåêòðîíèêà íà îñíîâå ïîïåðå÷íûõ âîëí ýëåê-
òðîííîãî ïîòîêà.� ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ: ÍÒÁ, 2005, ¹ 4, ñ. 38.
14. Âàíêå Â. À. Ïîïåðå÷íûå âîëíû ýëåêòðîííîãî ïîòîêà â
ìèêðîâîëíîâîé ýëåêòðîíèêå // Óñïåõè ôèçè÷åñêèõ íàóê, 2005,
ò. 175, ¹ 9, ñ. 957.
15. The Proceedings of the 25th Space Energy Symposium. March
10, 2006, ISAS/JAXA, Japan.
ÑÂ× ïåðåäàþùàÿ àíòåííàÑîëíå÷íûå áàòàðåè
Ñèñòåìà ðàñïðåäåëåíèÿ ýíåðãèè
Ðèñ. 6. Ñõåìà ÑÊÝÑ ñ âðàùåíèåì êîíñòðóêöèè (ßïîíèÿ)
Îòðàæàòåëü 2
Îòðàæàòåëü 1
Ãðàäèåíò
ãðàâèòàöèîííîãî ïîëÿ
Ñåíäâè÷-ñòðóêòóðà
ÑÂ×-ïó÷îê
Ñîëíå÷íûå
áàòàðåè
Ðèñ. 7. Ñõåìà ÑÊÝÑ, ñîäåðæàùåé «ñýíäâè÷-ñòðóêòóðó»
(ßïîíèÿ)
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-52887 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2225-5818 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:53:39Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ванке, В.А. 2014-01-08T21:44:45Z 2014-01-08T21:44:45Z 2007 СВЧ-электроника — перспективы в космической энергетике / В.А. Ванке // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2007. — № 6. — С. 12-15. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 2225-5818 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/52887 Проблемы современной энергетики хорошо известны: ограниченность природных ресурсов, вредные выбросы в атмосферу, утилизация радиоактивных отходов АЭС и др. Одно из перспективных направлений в решении этих проблем - использование солнечного излучения как уже существующего, неисчерпаемого и экологически чистого источника энергии. К сожалению, эффективность наземных устройств преобразования солнечной энергии в электрическую во многом зависит от погодных условий, и работают они только в светлое время суток. Поэтому в ряде стран разрабатываются проекты создания солнечных электростанций в космосе, на орбите Земли. Но здесь возникает другая сложность - как передать полученную энергию на Землю? Сейчас наиболее эффективным способом решения этой задачи представляется использование СВЧ-излучения. ru Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України Технология и конструирование в электронной аппаратуре Техника сверхвысоких частот СВЧ-электроника — перспективы в космической энергетике НВЧ-електроніка — перспективи у космічній енергетиці Microwave-electronics — of prospect in space power Article published earlier |
| spellingShingle | СВЧ-электроника — перспективы в космической энергетике Ванке, В.А. Техника сверхвысоких частот |
| title | СВЧ-электроника — перспективы в космической энергетике |
| title_alt | НВЧ-електроніка — перспективи у космічній енергетиці Microwave-electronics — of prospect in space power |
| title_full | СВЧ-электроника — перспективы в космической энергетике |
| title_fullStr | СВЧ-электроника — перспективы в космической энергетике |
| title_full_unstemmed | СВЧ-электроника — перспективы в космической энергетике |
| title_short | СВЧ-электроника — перспективы в космической энергетике |
| title_sort | свч-электроника — перспективы в космической энергетике |
| topic | Техника сверхвысоких частот |
| topic_facet | Техника сверхвысоких частот |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/52887 |
| work_keys_str_mv | AT vankeva svčélektronikaperspektivyvkosmičeskoiénergetike AT vankeva nvčelektroníkaperspektiviukosmíčníienergeticí AT vankeva microwaveelectronicsofprospectinspacepower |