航天器激光电池的制作方法

本发明属于航天器能源领域，涉及一种应用于航天器在轨无线能量传输体系的航天器激光电池。

背景技术：

分布式可重构卫星是一种新型的“模块化”航天器体系结构，各模块航天器可以独立制造及发射，通过空间无线能量传输和数据交互构成一个整体，具有更好的冗余性、可重构能力；多重任务载荷在同一个航天器系统中的实现成为可能；新技术试验和新载荷可方便地增加到分布式可重构卫星系统中，基本不影响原有系统的运行，为解决天基平台的应用灵活性和抗风险能力提供了一条良好途径，成为未来国际上空间系统发展的一个重要方向。

无线能量传输是分布式卫星系统的两个基础技术之一，无线能量传输主要有微波和激光无线能量传输，激光方向性好、能量集中、传输距离远、传输效率高、接收装置小，更加适合分布式可重构卫星系统。激光电池则是实现激光无线能量传输的基础技术。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种航天器激光电池，该电池的能量传输密度高，功率密度高，适用于分布式卫星系统。

本发明所采取的技术方案如下：

一种航天器激光电池，包括凹透镜、凸透镜、光伏电池片、散热器和散热外壳；所述凹透镜、所述凸透镜、所述光伏电池片和所述散热器安装在所述散热外壳内，所述凹透镜位于所述凸透镜的上方且两者平行放置，所述凸透镜与所述凹透镜的焦距相等，所述凸透镜的中心位于所述凹透镜的焦点，所述凹透镜的中心位于所述凸透镜的焦点，所述凸透镜的口径大于所述凹透镜的口径；所述光伏电池片位于所述凸透镜的下方，所述散热器位于所述光伏电池片的下方，且所述光伏电池片的背面固定在所述散热器上，所述散热外壳由圆锥形和圆柱形两段金属筒组成。

作为本发明上述航天器激光电池的改进，所述凸透镜安装在所述散热外壳的所述圆锥形金属筒与所述圆柱形金属筒的连接处，所述凹透镜安装在所述圆锥形金属筒中，所述光伏电池片和所述散热器安装在所述圆柱形金属筒中。

作为本发明上述航天器激光电池的改进，所述光伏电池片的背面通过一层导热脂粘在所 述散热器上。

作为本发明上述航天器激光电池的改进，所述凹透镜和所述凸透镜均采用玻璃透镜。

作为本发明上述航天器激光电池的改进，所述光伏电池片采用三结砷化镓。

作为本发明上述航天器激光电池的改进，所述散热器采用热管。

本发明的有益效果是：

a.能量传输密度高：输入功率为不大于1千瓦，输出功率不小于200瓦，一个单体就能满足普通微小卫星整星的功率需求；

b.功率密度高：整体功率密度为4kw/m²，是普通太阳帆板功率密度的20倍。

附图说明

图1是激光电池组成图；

图2是激光电池三视图；

图3是激光电池发电原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

航天器激光电池采用封闭结构，在轨运行中接收发电星的功率激光束，对激光束进行散光处理后，将光束照射到光伏电池片上，同时将发电过程中产生的热散发到太空中。

如图1所示，本发明的航天器激光电池包括5部分：凹透镜1、凸透镜2、光伏电池片3、散热器4和散热外壳5。凹透镜1、凸透镜2、光伏电池片3和散热器4安装在散热外壳5内。凹透镜1位于凸透镜2的上方，两者平行放置，凸透镜2与凹透镜1的焦距相等，凸透镜2的中心位于凹透镜1的焦点，凹透镜1的中心位于凸透镜2的焦点，凸透镜2的口径大于凹透镜1的口径。光伏电池片3位于凸透镜的下方，散热器4位于光伏电池片3的下方，且光伏电池片3的背面固定在散热器4上，光伏电池片3的背面可以通过一层导热脂粘在散热器4上。散热外壳5由圆锥形和圆柱形两段金属筒组成。

其中，凹透镜1和凸透镜2均采用玻璃透镜，可以是高透光性的玻璃透镜，凹透镜接收高能量密度的入射功率激光，将其发散为较低能量密度的光束后照射到光伏电池片上。光伏电池片采用三结砷化镓，散热器采用热管。

凸透镜2安装在散热外壳5的圆锥形金属筒与圆柱形金属筒的连接处，凹透镜1安装在圆锥形金属筒中，光伏电池片3和散热器4安装在圆柱形金属筒中。散热外壳5的内表面处理为高吸收率低发射率，外表面处理为低吸收率和高发射率。

如图3所示，在轨飞行中，根据飞行程序功率接收星向中心能源星发出功率请求后，建立并保持姿态接收功率激光光束，高能量密度的入射光先进入凹透镜1然后进入凸透镜2重新成为平行光束，发散为较低能量密度的光束后照射到光伏电池片3上发电。在此过程中产生的热量由散热器4和散热外壳5散发到太空中。

本发明中未说明部分属于本领域的公知技术。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行多种变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

技术特征：

技术总结
本发明提供一种航天器激光电池，该电池包括凹透镜(1)、凸透镜(2)、光伏电池片(3)、散热器(4)和散热外壳(5)；凹透镜(1)、凸透镜(2)、光伏电池片(3)和散热器(4)安装在散热外壳(5)内，凹透镜(1)位于凸透镜(2)的上方且两者平行放置，凸透镜(2)与凹透镜的焦距相等，凸透镜(2)的中心位于凹透镜(1)的焦点，凹透镜(1)的中心位于凸透镜(2)的焦点，凸透镜(2)的口径大于凹透镜(1)的口径；光伏电池片(3)位于凸透镜(2)的下方，散热器(4)位于光伏电池片(3)的下方，且光伏电池片(3)的背面固定在散热器(4)上，散热外壳(5)由圆锥形和圆柱形两段金属筒组成。本发明航天器激光电池的能量传输密度高，功率密度高，适用于分布式卫星系统。

技术研发人员：冻伟东
受保护的技术使用者：北京空间技术研制试验中心
技术研发日：2016.04.15
技术公布日：2017.10.31