无线输电;无线充电原理;无线能量传输(4)
他们设想的发射情节是这样的:飞船直立在发射台上,旁边的起始段微波站开始照射飞船,提供动力,使飞船起飞。飞行起始段结束后,位于200千米外的助推段微波站接力,继续为飞船提供动力,将其送入地球轨道。释放诸如卫星之类的载荷后,飞船滑翔返回,最后水平着陆。返回大气层时摩擦产生的高热可以继续为热交换器提供能量,从而产生飞行动力,这样有利于控制滑翔姿态,使之安全着陆。
需要什么频率的微波呢?研究人员把微波频率初步定在92千兆赫(GHz)。微波功率要多大呢?这取决于飞船的重量。在初步设计中,飞船加上载荷大约1吨重,还没一辆家用轿车重,所需的微波功率大概是400兆瓦。假设微波源的效率是50%,那么电网就要提供多1倍的电力。在电网和微波站之间还需要一个储藏电力的中转站,发射的时候,中转站在飞船起飞阶段,大概5分钟提供65兆瓦时的能量。这时候如果鸟群不幸飞过微波束,不知道会不会瞬间变成“炸鸡”。公司的科学家计划使用发射功率为500千瓦的微波源,要达到400兆瓦的微波功率,就需要800个微波源。即使几个微波源共用一个天线,那也需要上百个微波天线来组成相位阵列,可比小说《三体》里的红岸天线壮观多了。
无线输电;无线充电原理;无线能量传输
讲了半天,这些都是凌云壮志。现在进展到哪里了?2015年夏天,科学家验证了比冲达到500秒的热交换引擎,高比冲意味着推进系统的高效率。另外,他们成功演示了用微波为小型无人机提供10千瓦至20千瓦的飞行动力。无人机自由地飞来飞去,微波天线可以自动跟踪。他们还研制出了100千瓦的微波源,准备进行千米距离上的能量传输实验。
无线输电;无线充电原理;无线能量传输
在太阳能发电卫星和发射太空飞船的例子里,可以用激光代替微波。激光的方向性更好,能量密度也更大。具体说呢,就是把激光器作为发射端,光伏电池板作为接收端。这不是和太阳能发电很像吗?是的,不过激光的能量密度要大得多,而且可以发射到指定位置上,即使夜晚也可以用。利用激光传输能量的设想早在20世纪70年代就有了,如今,人们已经梦想了各种应用,涵盖陆、海、空、太空。太空中,卫星、飞船、空间站或是月球车都可以用激光束来充电,光束来自地球或是太阳能发电卫星。同样,激光还可以为无人机提供动力,甚至给海底的潜水艇或传感器充电。陆地上,在没法铺设输电线路的特殊地区或是危险的战场,小到士兵身上的电池,大到前线基地,都能接收地面或太空中激光器提供的能量——越说越像让我们高山仰止的外星科技了。
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