一种功率密度可调的薄膜反射聚光式空间太阳能聚能站的制作方法
【专利摘要】一种功率密度可调的薄膜反射聚光式空间太阳能聚能站，包括航天器平台、光学系统和光路调节机构；所述的光学系统包括主聚光镜、副聚光镜和平面反射镜；主聚光镜和副聚光镜反向布置且光轴重合，通过光路调节机构调整主聚光镜和副聚光镜之间的法向距离，改变输出光束的功率密度；通过光路调节机构调整平面反射镜的角度，进而改变输出光束的方向；太阳光经主聚光境聚光反射至副聚光镜，由副聚光镜将反射的光线进行二次聚光后反射至平面反射镜，由平面反射镜将光束反射至目标。
【专利说明】一种功率密度可调的薄膜反射聚光式空间太阳能聚能站
【技术领域】
[0001]本发明属于空间太阳能领域，特别是涉及一种基于大口径薄膜聚焦反射镜结构的空间太阳能聚能站，可实现对发射光束功率密度的连续调节。
【背景技术】
[0002]上世纪90年代以来，随着世界能源供需矛盾和环境保护问题日益突出，能源短缺问题成为了世界各国经济发展的瓶颈。为此，几十年来，美、日、欧、俄等国以及中国的科学家都在着力研究可供人类大规模开发的绿色可再生能源，并最终把希望聚焦于空间太阳能。地面太阳能的利用面临如下两个难题:1)到达地球表面的太阳能不稳定。受地球自转、公转影响，白天有、夜晚无；中午强、早晚弱；晴天强、阴天弱；夏季强、冬季弱；接收到的太阳能强度波动很大。不利于大规模工业化开发。2)到达地球表面的太阳能辐射强度较小。地球外层空间的太阳能单位面积辐射强度为1366WAT2。地表晴天正午太阳能辐射强度(晴天正午)，只有外层空间的1/10到1/30，如北美地区晴天日照下太阳辐射强度为125W/nT2-375W/nT2。
[0003]为了能实现对太阳能的综合利用和开发，以美国和日本为主的发达国家已经投入大量人员开展广泛的空间太阳能电站技术研究。与40年前相比，太阳能发电效率、微波转化效率以及相关的航天技术取得了很大进步，为未来空间太阳能电站的发展奠定了很好的基础。目前美、日、欧已经提出几十种概念，按照太阳能收集方式可以分为聚光式和非聚光式两类，按在轨运行方式又可以分为平台式和分布式两类。空间电站总体构型方案目前主要分为两大类，①以美国为代表的聚光式方案；②以日本为非聚光式方案。
[0004]非聚光式方案的主要思想是在太空建立空间太阳能电站将太阳能聚集发射到太阳能电池阵面，并转换成电能，再将电能变成无线能量传输到地面，地面接收无线能量后在转换成电能接入电网。
[0005]聚光式方案主要思想是利用光学系统将太阳能聚集于太阳能电池阵，利用空间的稳定光照条件发电，并通过无线能量传输的形式向地面接收系统进行大功率的能量传输，接收系统将传输能量转化为电能，利用地面的输电设施将电能接入地面电网，实现连续的空间太阳能供电。
[0006]现有的空间太阳能电站模型无论是聚光式还是非聚光式模型，都面临诸多技术难题:第一，太阳能转换效率。目前我国实用性单晶硅电池效率只有15%，多晶硅电池为10%，非晶硅电池6%。砷化镓电池的实验室效率可达21%，批量生产可达18%。加上存在多次能量转化，使得太阳能转换效率很难达到工业化生产电力的目的，因而空间太阳能转换成地面可利用的电能效率不是很理想。第二，建设成本以及发射成本。I千瓦光伏电池板目前市场价为7000—10000元人民币，而在太空反射I千瓦太阳能的反射镜面成本不足100元，相差几十、上百倍，而且质量要小几倍，这样巨型的空间太阳能电站结构体积和质量基本在万吨级，发射成本相对较高，带来的经济效益不明显。第三，在轨组装及维护。星上用于电力传输的线缆错综复杂使得在轨组装也比较繁琐，整个发射到商业运行需要较长时间，对整个航天器的可靠性和稳定性要求高。从长期管理维护看，技术环节越少可能发生的故障点就越少，而这样复杂庞大的航天器结构势必会给建设维护带来麻烦。
[0007]发明专利“自旋稳定的薄膜反射镜及在太空的应用”(专利号CN1341536A)公开了一种可在太空中依靠自旋稳定的薄膜反射镜，该方案介绍了利用薄膜凹面反射镜作为空间太阳能电站能量收集转化装置，形成系泊式太阳能电站，但是仅限于满足航天器的功率需求，没有提供向地面输送能量的具体方法和设备方案。
【发明内容】
[0008]本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提供一种功率密度可调的薄膜反射聚光式空间太阳能聚能站。
[0009]本发明的技术解决方案是:一种功率密度可调的薄膜反射聚光式空间太阳能聚能站，包括航天器平台、光学系统和光路调节机构；所述的光学系统包括主聚光镜、副聚光镜和平面反射镜；主聚光镜和副聚光镜反向布置且光轴重合，通过光路调节机构调整主聚光镜和副聚光镜之间的法向距离，改变输出光束的功率密度；通过光路调节机构调整平面反射镜的角度，进而改变输出光束的方向；太阳光经主聚光境聚光反射至副聚光镜，由副聚光镜将反射的光线进行二次聚光后反射至平面反射镜，由平面反射镜将光束反射至目标；所述的航天器平台包括桁架支撑结构、调姿控轨系统和自主信息管理系统。
[0010]桁架支撑结构为光学系统和光路调节机构提供安装空间；调姿控轨系统控制航天器运行在地球同步轨道上，并调整主聚光镜镜面法线方向始终指向太阳；自主信息管理系统根据预先设置的目标位置、光束功率密度大小和作用时间，控制光路调节机构使光束反射至地面受能站位置；当需要照明时，接收地面发出的控制指令，根据控制指令调整光束功率密度，并通过控制光路调节机构将光束照射到指定位置。
[0011]所述的桁架支撑结构包括主聚光镜定型定位框架、副聚光镜定型定位框架、伸展拉杆、加强杆；主聚光镜定型定位框架上加工有环形轨道，环形轨道上安装光路调节机构的平面镜转动调节机构，由平面镜转动调节机构调整平面反射镜的角度；至少三根伸展拉杆的一端固定在主聚光镜定型定位框架上，另一端安装副聚光镜定型定位框架，光路调节机构的主副镜距离调节机构安装在副聚光镜定型定位框架，通过主副镜距离调节机构调整副聚光镜定型定位框架在伸展拉杆上的位置；伸展拉杆之间通过加强杆维型。
[0012]所述的主聚光镜的内侧反射涂层材料为反光率> 95%的反光薄膜。
[0013]所述的副聚光镜为三层结构，夹层填充液态物质，利用该物质的蒸发、凝结和循环流动降低副聚光镜的热量。
[0014]所述的地面受能站采用内置热交换设备的深桶型抛物面锅炉结构。
[0015]在深桶型抛物面锅炉结构四周安放平面反射镜，利用该反射镜将照射到深桶型抛物面锅炉结构外侧的光束反射到深桶型抛物面锅炉结构外壁上。
[0016]所述的地面受能站采用太阳能电池阵。
[0017]本发明与现有技术相比有益效果为:
[0018](I)本发明不仅能解决现有聚光式空间太阳能电站重量大、成本高、在轨组装难、能量转换效率低以及电源管理与分配复杂的问题，还克服了现有聚光式空间太阳能电站模型单一工作模式的缺点。[0019](2)本发明通过采用调节光学系统的主副镜轴向位置的方法，将空间太阳能聚集成功率密度可调的光束，发射到地面受能站进行高效的能量转换和利用。该方法通过减少能量转换次数降低了能量损失，实现高可靠性、高效率的空间太阳能利用。
[0020](3)本发明构建了完整的空间太阳能聚能站的空间聚能部分和地面接收部分，空间聚能部分运行于地球同步轨道，具有相对地面静止和时刻能接受太阳照射的特点，因此对地面进行能源输送的时间充足，克服了现有空间太阳能电站模型有阴影期的缺点。
[0021](4)本发明采用沿轴线调节副镜与主镜距离方式，改变出射光的平行、发散、收敛情况，实现不同距离处光斑尺寸和功率密度的调节，从而产生收敛和发散的不同功率密度光束，满足不同任务需求，实现对地面发电、低轨卫星发电和对地照明一体化功能，增强了对光束的控制，克服了现有空间太阳能电站模型单一工作模式的缺点。
[0022](5)本发明中地面受能站若采用内置热交换设备的深桶型抛物面锅炉结构，空间太阳能聚能站的下射光束所携带的热量处于被包裹状态，地面受能站充分吸收了下射光束能量，吸热面积大，热交换效率高。并且在加热条件下，锅炉内基本处于半真空状态，大大减少了锅炉顶部的上升气流。
[0023](6)本发明中地面受能站若采用太阳能光伏电池进行能量转换，可以调整下射光束功率密度高于普通阳光，提升光伏电池的转换效率；由于处于地球同步轨道，相对地面受能站静止，太阳能电池阵无需像传统电池阵一样需要伺服机构进行方向调节保持对日定向，降低了地面受能站的建设难度和能耗。
[0024](7)本发明采用薄膜材料制成的反射聚光镜面，具有良好的折叠收拢发射、可在轨展开、大口径、体积小和重量轻等特性，可满足主聚光镜面在轨调整面形的要求，使系统具有可调功率密度的功能，在同等运载能力下，大大提升了光学系统的最大极限功率密度，降低了发射成本和在轨组装难度。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本发明空间太阳能聚能站整体组成原理示意图；
[0026]图2为本发明中空间太阳能聚能站的桁架支撑结构示意图；
[0027]图3为本发明用于地面照明的工作示意图；
[0028]图4、5和6为本发明中光学系统的光学原理不意图；
[0029]图7、8为本发明空间太阳能聚能站不同轨道位置对地传输光能的光路示意图；
[0030]图9为本发明中基于热交换设备的地面受能站组成原理示意图；
[0031]图10为本发明中基于太阳能电池阵的地面受能站组成原理示意图。
【具体实施方式】
[0032]以下结合附图对本发明【具体实施方式】做进一步详细说明。如图1所示，本发明一种功率密度可调的薄膜反射聚光式空间太阳能聚能站，包括航天器平台100、光学系统102和光路调节机构101 ;所述的光学系统包括主聚光镜、副聚光镜和平面反射镜；主聚光镜和副聚光镜的光轴重合，通过光路调节机构调整主聚光镜和副聚光镜之间的法向距离，改变输出光束的功率密度；通过光路调节机构调整平面反射镜的角度，进而改变输出光束的方向；所述的航天器平台包括桁架支撑结构、调姿控轨系统和自主信息管理系统；桁架支撑结构为光学系统和光路调节机构提供安装空间；调姿控轨系统控制航天器运行在地球同步轨道上，并调整主聚光镜镜面法线方向始终指向太阳；自主信息管理系统根据预先设置的目标位置、光束功率密度大小和作用时间，控制光路调节机构使光束反射至地面受能站位置；当需要照明时，接收地面发出的控制指令，根据控制指令调整光束功率密度，并通过控制光路调节机构将光束照射到指定位置。
[0033]下面分别对每部分进行介绍。
[0034](一)航天器平台
[0035](I)桁架支撑结构
[0036]由可折叠展开桁架结构组成，折叠发射到预定轨道后进行在轨展开固化成型，用来承载、维形、提供仪器设备的布局与安装空间。桁架支撑结构如图2所示，包括主聚光镜定型定位基座3、副聚光镜定型定位框架7、伸展拉杆9、加强杆12 ;主聚光镜定型定位基座3采用可折叠展开、边缘强化的柔性支撑结构，其上加工有环形轨道。环形轨道上安装光路调节机构的平面镜转动调节机构14，由平面镜转动调节机构14调整平面反射镜的角度；至少三根(本例中采用三根)伸展拉杆9的一端固定在主聚光镜定型定位基座3上，另一端安装副聚光镜定型定位框架7，光路调节机构的主副镜距离调节机构8安装在副聚光镜定型定位框架7，通过主副镜距离调节机构8调整副聚光镜定型定位框架7在伸展拉杆9上的位置，实现调节主、副聚光镜的焦点距离；伸展拉杆9之间通过加强杆12维型。
[0037]航天器入轨后首先展开伸展拉杆9，伸展拉杆9可采用记忆合金材料，将压紧装置解锁，记忆合金的回复特性使伸展拉杆9从收拢状态运动到展开状态，当整个伸展拉杆展开到位后，锁紧机构实现锁紧，从而抬起安放在末端的副聚光镜。
[0038](2)调姿控轨系统
[0039]调姿控轨系统的主要功能是实现航天器轨道维持和主聚光镜的对日定向。包括至少2个星敏感器、至少2个太阳敏感器、至少24个电推力器和一台调姿控轨计算机2。其中星敏感器安装在主聚光镜定型定位基座3的底部外侧边缘，至少两端各I个形成轴对称分布，方向指向背对太阳的星空，采集聚能站的姿态信息，将信号发送至调姿控轨计算机2。太阳敏感器放置于主聚光镜镜身边缘，至少两端各I个形成轴对称分布，方向指向太阳，能够捕获太阳确定本聚能站位置信息，将信号发送至调姿控轨计算机2。电推力器均匀分布于航天器平台，调姿控轨计算机2发送控制信号控制电推力器产生推力和工作时间。
[0040]调姿控轨系统控制计算机2收集整个航天器区域的敏感器信息后，利用太阳敏感器捕获的太阳位置信息，结合太阳敏感器在航天器上的安装角度，得到太阳坐标信息；星敏感器得到的星图数据，结合星敏感器在航天器上的安装角度，利用航天器姿态动力学分析方法，就能计算出整个航天器的实时姿态。接着根据计算得出的实时姿态信息和太阳坐标信息，将控制指令发送到电推力器，电推力器根据指令喷射等离子体调整航天器姿态从而完成对日定向和轨道姿态控制，上述方式为目前常用控制方式，此处不过多进行赘述。其中，由于光学系统的高精度姿态控制要求，敏感器和推力器的布置集中于光学系统所在区域。特别的，由于空间太阳能聚能站的结构尺寸巨大，结构多采用柔性可展结构，电推力器的配置和分布应考虑到变形和冗余。
[0041](3)自主信息管理系统
[0042]自主信息管理系统主要功能是实现航天器的遥控遥测、星务管理和控制光路调节机构功能。主要包括一台自主信息管理计算机4。
[0043]当进行地面发电时，自主信息管理系统根据预先设置的目标位置、光束功率密度大小和作用时间，控制光路调节机构使光束反射至地面受能站位置。
[0044]如图1所示，自主信息管理计算机4与调姿控轨计算机2可进行信息共享。运行于地球同步轨道的空间太阳能聚能站首先通过调姿控轨系统完成轨道修正和姿态控制，将主聚光镜入射面始终指向太阳。姿态稳定后，调姿控轨计算机2发送姿态信息到自主信息管理计算机4，自主信息管理计算机4判断姿态稳定且主聚光镜I完成对日定向后，同时进行以下两步操作:a根据地面测控站上传指令中对光束功率密度的要求，控制主副镜距离调节机构8对副聚光镜5进行轴向平移，改变高能光束的功率密度；b根据地面测控站上传指令的地面受能站位置信息生成相应的控制指令，发布给平面镜转动调节机构10、14对最终的发射光束进行方向控制，使光束准确投射到目标点。
[0045]当需要照明时，接收地面发出的控制指令，根据控制指令调整光束功率密度，并通过控制光路调节机构将光束照射到指定位置。
[0046]如图4所示，空间太阳能聚能站用于地面照明的工作过程如下:假设我国某一地区在夜间需要照明，地面测控站将包含有该地区坐标、范围、光强要求等等信息的数据发送给空间太阳能聚能站，自主信息管理计算机4接收数据并进行解析，随后根据信息内容生成指令发布给光路调节机构，光路调节机构中的主副镜距离调节机构8控制光学系统根据光强要求形成相应功率密度的光束，光路调节机构中的平面镜转动调节机构10、14对出射光束完成指向控制，将光束准确发射至地面目标区域。空间太阳能聚能站直到接收到地面发出的照明停止指令才结束照明，调整航天器姿态，为整个光学系统降温和保养。
[0047](二)光学系统
[0048]光学系统包括主聚光镜1、副聚光镜5和平面反射镜；为了能够实现对任意目标方向的照射，平面反射镜可以采用两个，如图2中的平面主反射镜11和平面副反射镜13。平面主反射镜11 (P1)，把副聚光镜5反射汇聚的强光反射到地面或平面副反射镜13 (P2)。平面副反射镜13，用于将平面主反射镜反射的光进行二次调节改变出射方向。主聚光境I安装在主聚光镜定型定位基座3上，副聚光镜5安装在副聚光镜定型定位框架7上，且光轴也完全重合。主聚光镜I尺寸为千米级，采用较为成熟的薄膜材料，该薄膜材料要求易于成型、具有良好热特性并且容易买到，内侧反射涂层材料为反光率> 95%的反光薄膜，如镀银材料。副聚光镜是三层结构，夹层填充液态物质，利用该物质的蒸发、凝结和循环流动将副聚光镜的热量转移到温度低的部分，例如液氮。
[0049]为了减少在主聚光镜受光面上造成过多的遮挡，将反射平面镜组放置于主聚光镜背面，为此在主聚光镜I中心留出至少1.5倍副聚光镜面积的通光孔6，副聚光镜反射聚集的光束能穿过主聚光镜到达平面主反射镜11。
[0050](三)光路调节机构
[0051]光路调节机构包括平面镜转动调节机构14、10和主副镜距离调节机构8，平面镜转动调节机构14、10安装于主聚光镜定型定位基座3的环形轨道上，主要由大扭矩伺服电机组成，用于调整平面主反射镜11和平面副反射镜13的角度；主副镜距离调节机构8安装在副聚光镜定型定位框架7上，在轨展开时通过伸展拉杆9的伸缩和锁紧改变轴向位置并固定。主副镜距离调节机构8与副聚光镜之间安有压电材料，通电后可以发生形变从而调整副聚光镜5在副聚光镜定型定位框架7上的高度，实现调节主、副聚光镜的焦点距离。
[0052]下面结合光学系统和光路调节机构描述工作原理:调姿控轨系统控制主聚光镜对日定向后，光学系统开始工作。照射到大型主聚光镜I的太阳光(功率密度为1366W/m2)被聚焦反射到相对小型的副聚光镜5。副聚光镜5将主聚光镜反射汇聚的光线进行二次聚光形成高功率密度的光束，光学系统的光路设计和工作原理在下面结合图4、5和6会单独详细介绍。
[0053]如图4所示，空间太阳能聚能站的光学系统工作原理如下:图中A为主反射镜，AFEC为反射镜面，FE为一个过光圆孔；B为副反射镜，BGD为反射镜面。A镜和B镜的焦点JA、JB重合于J，且A镜和B镜的球心O、O'及焦点J都同时位于A、B镜的中心对称轴上。
[0054]当太阳光线SI平行于00'主轴射到A反光镜C点后，它应汇聚于焦点J。由于A、B镜的焦点重合，它又成为B镜焦点J的点光源，因此B镜反射出来的光SI'是与OJO'平行、且可穿过EF孔的平行光束。在EF孔部位，有一个平面反射镜Pl。Pl镜与00'轴夹角为Θ角，改变Θ大小及Pl镜方位角度，可让光线SI'沿箭头所指方向反射到需要的地点。同样的道理太阳光线S2也会形成S2'的光路。原来A镜大面积接受的太阳能光线，变成B面上SB弦面面积大小的小面积SI' -S2,光束。
[0055]由B镜反射出来的平行光线是与ojc/轴平行的，它也始终与太阳入射光S1、S2平行。如果A镜按23小时56分4秒周期旋转，保持A镜始终面对太阳，同时Pl镜也按要求改变角Θ，最终成为始终射向地球指定点的光柱。
[0056]特别的，在某些时刻B镜遮挡了 Pl镜向上的反射光路，在必要时还要再启动一个平面反射镜P2。并在A镜面上开一个通光孔，该通光孔的对称中心线MN过A镜的对称中心01，以满足360度球面空间都能有SI' -S2,光束到达的目的。
[0057]A镜焦点J与B镜焦点J'同时位于OJJ' O'轴上，但J、r不重合，光路状态分析示意图5、6。由图5和图6可以看出:当排序为OJ' JO'状态，太阳光平行于00'射入A镜时，由B镜反射出来的光成收敛状态；当排序为OJJ' O'状态时，太阳光平行于00'射入A镜，由B镜反射出来的光呈发散状态。
[0058]图7为一天二十四小时内，空间太阳能聚能站向地面受能站传输光能的几何关系图。由于太阳光线与地球赤道面空间太阳能聚能站的几何位置随时都在变化，而地球同步轨道上的空间太阳能聚能站，在始终面对太阳的同时，又要保证把聚集的光线投向地面受能站，它内部就必须按需要连续调整Pl镜、P2镜的反射光路。图7中ΤΟ、Τ0:35、Τ3、Τ6、Τ9、Τ12、Τ15、Τ18、Τ21、Τ23:25 分别是地面上 O 点，0:35 分、3 点、6 点、9 点、12 点、15 点、18点、21点、23:25分时，空间太阳能聚能站在轨道上的位置。图8可以看出:
[0059]I)、每日O— 9点、15 — 24点，空间太阳能聚能站只启用Pl镜就可达到把光束送往地面受能站的目的。
[0060]2)、因为在每日9-15点之后，如果要继续使用Pl镜反射光线，则Pl镜将做得很长，可以计算，在中午12点时，由于Pl镜的入射角度很小，Pl镜长度可能达到几十千米，才能达到全反射的目的。这在实际工作中是不可能去实现的事情。为此，在9-15点，应加设一个Ρ2镜才能达到适用目的。
[0061]具体光路图如图4所示，通过Ρ1、Ρ2镜几何关系的调整，可以保证空间太阳能聚能站强光束始终落到地表受能点。[0062]经过副聚光镜5反射的光束，通过主镜I中心的通光孔6到平面主反射镜11，由它把空间太阳能聚能站的强光反射到地面或平面副反射镜13。平面副反射镜13，在每天中午和O点时段把聚能站光束反射到地面。这种二镜互反结构能够实现光束全方位的发射。
[0063](四)地面受能站
[0064]地面受能站可以有多种形式，这里列出两种，一种是基于热交换设备的地面受能站，另一种是基于太阳能电池阵的地面受能站。下面结合图9和图10，分别介绍这两种地面受能站的工作原理。
[0065](I)基于热交换设备的地面受能站如图9所示:太阳能空间聚能站的下射高能光束或直接射到焦点安放的热交换设备上，或被锅炉内壁反射聚集到安置在抛物面焦点的热交换设备。控制锅炉底部的伺服机构保持锅炉开口方向始终正对下射光束方向，实现对光束方向的跟踪。空间太阳能聚能站的下射光束飘到抛物面锅炉外侧时，在抛物面锅炉四周安放的平面反光镜可以把外泄光束自动反射到抛物面锅炉外壁上。期间，地面受能站将投射光束的地面光斑位置信息反馈给空间太阳能聚能站的信息管理系统，形成闭环控制。
[0066](2)基于太阳能电池阵的地面受能站如图10所示:地面接收站有多个太阳能电池阵组成，太阳能电池阵采用光伏发电方式，将空间太阳能聚能站下射光能转换成电能，通过连接的高压电缆，输送至附近的变电站进行并网供电。对于下射光束需调整至太阳能光伏电池适合的功率密度(目前技术水平下大约为5)，而功率密度与光斑尺寸成反比，因此地面太阳能电池阵的设计区域要参考特定功率密度下的光斑尺寸。太阳能电池阵最好设置于中国低纬度阳光充足的地区，这样聚能站下射光束与地面的倾角大，便于太阳能电池阵接收。
[0067]本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。
【权利要求】
1.一种功率密度可调的薄膜反射聚光式空间太阳能聚能站，其特征在于:包括航天器平台、光学系统和光路调节机构；所述的光学系统包括主聚光镜、副聚光镜和平面反射镜；主聚光镜和副聚光镜反向布置且光轴重合，通过光路调节机构调整主聚光镜和副聚光镜之间的法向距离，改变输出光束的功率密度；通过光路调节机构调整平面反射镜的角度，进而改变输出光束的方向；太阳光经主聚光境聚光反射至副聚光镜，由副聚光镜将反射的光线进行二次聚光后反射至平面反射镜，由平面反射镜将光束反射至目标；所述的航天器平台包括桁架支撑结构、调姿控轨系统和自主信息管理系统； 桁架支撑结构为光学系统和光路调节机构提供安装空间；调姿控轨系统控制航天器运行在地球同步轨道上，并调整主聚光镜镜面法线方向始终指向太阳；自主信息管理系统根据预先设置的目标位置、光束功率密度大小和作用时间，控制光路调节机构使光束反射至地面受能站位置；当需要照明时，接收地面发出的控制指令，根据控制指令调整光束功率密度，并通过控制光路调节机构将光束照射到指定位置。
2.根据权利要求1所述的一种功率密度可调的薄膜反射聚光式空间太阳能聚能站，其特征在于:所述的桁架支撑结构包括主聚光镜定型定位框架(3)、副聚光镜定型定位框架(7)、伸展拉杆(9)、加强杆(12);主聚光镜定型定位框架(3)上加工有环形轨道，环形轨道上安装光路调节机构的平面镜转动调节机构(14)，由平面镜转动调节机构(14)调整平面反射镜的角度；至少三根伸展拉杆(9)的一端固定在主聚光镜定型定位框架(3)上，另一端安装副聚光镜定型定位框架(7)，光路调节机构的主副镜距离调节机构(8)安装在副聚光镜定型定位框架(7)，通过主副镜距离调节机构(8)调整副聚光镜定型定位框架(7)在伸展拉杆(9)上的位置；伸展拉杆(9)之间通过加强杆(12)维型。
3.根据权利要求1所述的一种功率密度可调的薄膜反射聚光式空间太阳能聚能站，其特征在于:所述的主聚光镜的内侧反射涂层材料为反光率> 95%的反光薄膜。
4.根据权利要求1所述的一种功率密度可调的薄膜反射聚光式空间太阳能聚能站，其特征在于:所述的副聚光镜为三层结构，夹层填充液态物质，利用该物质的蒸发、凝结和循环流动降低副聚光镜的热量。
5.根据权利要求1所述的一种功率密度可调的薄膜反射聚光式空间太阳能聚能站，其特征在于:所述的地面受能站采用内置热交换设备的深桶型抛物面锅炉结构。
6.根据权利要求5所述的一种功率密度可调的薄膜反射聚光式空间太阳能聚能站，其特征在于:在深桶型抛物面锅炉结构四周安放平面反射镜，利用该反射镜将照射到深桶型抛物面锅炉结构外侧的光束反射到深桶型抛物面锅炉结构外壁上。
7.根据权利要求1所述的一种功率密度可调的薄膜反射聚光式空间太阳能聚能站，其特征在于:所述的地面受能站采用太阳能电池阵。
【文档编号】F24J2/46GK103868246SQ201410060933
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年2月24日 优先权日:2014年2月24日
【发明者】贾海鹏, 张兴华, 王立, 侯欣宾, 杨杰 申请人:中国空间技术研究院