技术领域
本发明属于空间太阳能发电技术领域，具体是一种集群智能体卫星空间发电系统及发电方法。
背景技术：
随着地球资源的逐渐枯竭以及焚烧化石燃料带来的全球气候恶化，开发一种新型高效的清洁能源供应系统迫在眉睫。在目前可大规模开发的再生能源中，太阳能最为丰富清洁。但由于天气的影响、昼夜的变化，在地面上的平均入射太阳能为250W/m2；而在太空中，太阳辐射能稳定在1353W/m2。因此在太空中建立太阳能发电站意义重大。
目前世界上还没有一座空间发电站，但是国际上提出的空间发电系统，包括美国的SPS基准系统、SSPS-ALPHA系统、日本的分布式绳系太阳能站系统等等，但都具有体积重量超过目前运载能力的缺点。尽管许多国家投入了相当大的精力在空间发电领域，但空间站的上天问题以及能源传输效率问题一直难以得到解决。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种集群智能体卫星空间发电系统及发电方法，该发电系统轻便灵活，解决了目前的空间发电系统超过运载能力的问题，并且该系统能够自主智能的改变构型，持续稳定的给地面输送能源。
为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种集群智能体卫星空间发电系统，包括太阳能反射子系统和太阳能装置。
所述太阳能反射子系统包括若干颗太阳帆卫星。目前国际上提出的空间发电系统主要有聚光型和非聚光型，聚光型主要应用巨大的镜面反射阳光，缺点是重量、体积过大难以运载。本申请提出用太阳帆卫星代替镜面的改进方法，提高了系统的易装载性、灵活性。发电系统所有装置入轨后，太阳帆卫星到达目标点或者根据主星指令变换位置之后，所有太阳帆展开，构成巨大的反射面，使阳光聚焦在底部的太阳能电池板上，最大化太阳辐射接收，强化光电效果，提高发电效率。
所述太阳能装置包括太阳能电池板、发射天线阵列和主星；所述发射天线阵列包括微波发射机和微波发射天线，所述太阳能电池板、微波发射机和微波发射天线构成夹层结构（三明治结构）；所述主星和所述太阳能电池板连接。微波能量传输技术是空间太阳能站研究较多的传输方式，目前日本宇航局已经成功实现了无线电力传输试验。微波无线能量传输具有较高的转化和传输效率，在特定频段上的大气、云层穿透性非常好，技术相对成熟，波束功率密度低。因此本系统采用微波无线能量传输的方式，将能量从太空传输到地球。
所述若干多颗太阳帆卫星作为辅星，与主星组成多智能体卫星集群编队系统。
航天器的自主智能运行是指利用人工智能等现代控制技术，在无人干涉的情况下，实现自我管理并完成各种任务。随着轨道、季节的变化，太阳帆卫星（辅星）需要调整自身位置、姿态以保证阳光持续聚焦在太阳能电池板上。因此需要建立一套多智能体卫星集群编队系统，来提高空间发电系统的灵活性和稳定性。
本系统将多agent系统理论引入到集群智能体卫星空间发电中，建立基于多agent的层次体系结构。光照的改变导致聚光系统需要重构，就意味着航天任务和航天资源的变化。应用agent系统理论，从可用的航天资源中选择、确定出最能适应动态变化和任务需求的最佳航天资源动态联盟及其相互协同关系，以实现航天资源的动态利用与高效管理。
在多智能体卫星集群编队系统中，连接电池板的主星具有最高级别，管理服务agent分布在主星上。其探测太阳能电池板能量的强度以及接收地面传送的日地相对位置信息，判断是否需要发布任务（辅星重新编队）以及决策出最优聚光结构。卫星规划agent分布在各颗辅星上，每一颗辅星都是主动的，“活”的个体，通过星间链路实现信息共享，并交互协商，确定最优规划后奔向各自的目标点，最后将执行结果反馈给主星。
进一步的，所述太阳帆卫星包括太阳帆，所述太阳帆卫星到达各自目标点或者根据主星指令变换位置之后，利用自旋展开技术展开太阳帆。自旋展开技术的原理是由自旋所产生的离心力甩开折叠的薄膜，并保持展开后的位形。这种展开方式不需要额外的支撑结构来保持展开后的位形，进而减少了结构重量，降低展开能耗。
更进一步，所述太阳帆收拢采用机械收拢法。基于应用在太阳帆展开上较为成熟的机械展开技术，提出机械收拢法。利用鼓轮的高速逆向旋转，将太阳帆折叠收拢。
更进一步，所述太阳帆的薄膜材料选用聚酰亚胺-银材料，其具有质量超轻、超薄；柔性、可操作性、可折叠、包装和展开；耐撕扯、耐高温、抗辐射能够适应太空中太阳辐照的影响；反射系数高，反射能量最大化等优点。
进一步的，所述太阳能电池板用于接收太阳辐射，并运用光电效应将光能转化成电能。光伏发电技术成熟，在空间应用广泛比如太阳帆板给卫星或者火星车的供电。随着太阳能电池效率的逐步提高，光伏发电系统成为本发明考虑的发电方式。
利用上述太阳能发电系统进行发电的方法，包括以下步骤：
1）太阳帆卫星、太阳能装置分批次分地点入轨；
2）太阳帆卫星根据主星的指令快速机动到目标位置；
3）太阳帆卫星展开太阳帆形成巨大的反射面，使阳光聚集在底部的太阳能电池板；
4）太阳能电池板将太阳能转化成电能，由下端的发射天线以微波无线的方式，将能源传输到地面；
进一步的，所述发电方法还包括以下步骤：
5）随着轨道、季节的变化，光照方向发生改变。主星探测到太阳能电池板上光照强度的变化以及接收地面传输的日地位置信息，判断是否需要发布任务并决策出最优聚光结构；
6）太阳帆卫星接收到主星发布的任务，收拢太阳帆板，提高灵活机动性；
7）辅星之间通过星间链路实现信息共享，并交互协商确定最优路径，分别快速移动到目标位置，展开太阳帆，再次形成巨大的反射面，循环到步骤3）。
本发明的发电系统轻便灵活，并且能够自主智能的改变构型，是一种新型高效的清洁能源供应系统，且不受天气、昼夜的影响，能够实现能源的可持续传输，且方便运载，适于实用。
附图说明
图1是本发明集群智能体卫星空间发电系统功能结构图；
图2所示是本发明集群智能体卫星空间发电系统的工作流程图；
图3所示是本发明太阳帆卫星展开结构图；
图4所示是本发明太阳帆卫星收拢结构图；
图5所示是本发明集群智能体卫星空间发电系统整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明提出的一种集群智能体卫星空间发电系统及发电方法进行详细说明。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
如图1和图5，一种集群智能体卫星空间发电系统，包括太阳能反射子系统和太阳能装置。太阳能反射子系统包括若干颗太阳帆卫星4； 太阳能装置包括太阳能电池板5、发射天线阵列和主星7；发射天线阵列包括微波发射机和微波发射天线，太阳能电池板5 、微波发射机和微波发射天线构成夹层结构（三明治结构）；主星7和太阳能电池板5连接。主星7为主卫星。
反射系统将太阳10发射的太阳能聚集到太阳能电池板5上，太阳能电池板5收集太阳能并转化成电能。最终整套系统产生的能量以微波无传输方式6，输送给地球9上的电能接收基站。
如图5所示，若干多颗太阳帆卫星4作为辅星，与主星7组成多智能体卫星集群编队系统 ；在多智能体卫星集群编队系统中，连接电池板的主星7具有最高级别，管理服务agent分布在主星7上，卫星规划agent分布在各颗辅星上。多颗太阳帆卫星4展开太阳帆，使得阳光能够汇聚在太阳能电池板5上，最大化阳光辐射能的接收，提高发电效率。
如图3和4所示，太阳帆卫星4（辅星）包括卫星本体1、太阳帆2和收拢装置3，太阳帆卫星4到达各自目标点或者根据主星7指令变换位置之后，利用自旋展开技术展开太阳帆。在辅星到达各自目标点之后，利用自旋展开技术展开太阳帆。自旋展开技术的原理是由自旋所产生的离心力甩开折叠的薄膜，并保持展开后的位形。这种展开方式不需要额外的支撑结构来保持展开后的位形，进而减少了结构重量，降低展开能耗。，基于应用在太阳帆2展开上较为成熟的机械展开技术，提出机械收拢法。利用鼓轮的高速逆向旋转，将太阳帆2折叠收拢到围绕卫星本体的收拢装置3中。太阳帆2的薄膜材料选用聚酰亚胺-银材料。
太阳能电池板5用于接收太阳辐射，并运用光电效应将光能转化成电能。
航天器的自主智能运行是指利用人工智能等现代控制技术，在无人干涉的情况下，实现自我管理并完成各种任务。随着轨道、季节的变化，太阳帆卫星（辅星）需要调整自身位置、姿态以保证阳光8持续聚焦在太阳能电池板上。因此需要建立一套多智能体卫星集群编队系统，来提高空间发电系统的灵活性和稳定性。
本申请发电系统将多agent系统理论引入到集群智能体卫星空间发电中，建立基于多agent的层次体系结构。光照的改变导致聚光系统需要重构，就意味着航天任务和航天资源的变化。应用agent系统理论，从可用的航天资源中选择、确定出最能适应动态变化和任务需求的最佳航天资源动态联盟及其相互协同关系，以实现航天资源的动态利用与高效管理。
在多智能体卫星集群编队系统中，连接电池板的主星具有最高级别，管理服务agent分布在主星上。其探测太阳能电池板能量的强度以及接收地面传送的日地相对位置信息，判断是否需要发布任务（辅星重新编队）以及决策出最优聚光结构。卫星规划agent分布在各颗辅星上，每一颗辅星都是主动的，“活”的个体，通过星间链路实现信息共享，并交互协商，确定最优规划后奔向各自的目标点，最后将执行结果反馈给主星。
如图2所示，一种集群智能体卫星空间发电方法，包括以下步骤：
1）太阳帆卫星4、太阳能装置分批次分地点入轨；
2）太阳帆卫星4根据主星7的指令快速机动到目标位置；
3）太阳帆卫星4展开太阳帆形成巨大的反射面，使阳光聚集在底部的太阳能电池板5；
4）太阳能电池板5将太阳能转化成电能，由下端的发射天线以微波无线的方式，将能源传输到地面；
5）随着轨道、季节的变化，光照方向发生改变；主星7探测到太阳能电池板5上光照强度的变化以及接收地面传输的日地位置信息，判断是否需要发布任务并决策出最优聚光结构；
6）太阳帆卫星4接收到主星7发布的任务，收拢太阳帆板，提高灵活机动性；
7）辅星之间通过星间链路实现信息共享，并交互协商确定最优路径，分别快速移动到目标位置，展开太阳帆，再次形成巨大的反射面，循环到步骤3）。
图2所示是本系统的工作流程图，主要流程是：
步骤1，太阳帆卫星4、太阳能装置分批次分地点入轨；
步骤2，太阳帆卫星4根据主星7的指令快速机动到目标位置；
步骤3，太阳帆卫星4展开太阳帆形成巨大的反射面，使阳光聚集在底部的太阳能电池板5；
步骤4，太阳能电池板5将太阳能转化成电能，由下端的发射天线以微波无线的方式，将能源传输到地面；
步骤5，随着轨道、季节的变化，光照方向发生改变。主星7探测到太阳能电池板5上光照强度的变化以及接收地面传输的日地位置信息，判断是否需要发布任务并决策出最优聚光结构；
步骤6，辅星接收到主星7发布的任务，收拢太阳帆板，提高灵活机动性；
步骤7，辅星之间通过星间链路实现信息共享，并交互协商确定最优路径，分别快速移动到目标位置，展开太阳帆，再次形成巨大的反射面，循环到步骤3。
基于对本发明优选实施方式的描述，应该清楚，由所附的权利要求书所限定的本发明并不仅仅局限于上面说明书中所阐述的特定细节，未脱离本发明宗旨或范围的对本发明的许多显而易见的改变同样可能达到本发明的目的。