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无线能量传输——X-37B的新暗科技

作者:admin 发布:2020-06-02 03:55 | 点击数:

原标题:无线能量传输——X-37B的新暗科技

主页君说

陪同着宇宙神V火箭的轰鸣,航天飞机的唯一继承者X-37B第六次飞入太空,这也是美国太空军正式成立后第一次X-37B发射。不过和一问三不知的前五次义务分别,这次代号USSF-7的义务首次公布了X-37B的片面载荷,相比较其他几项比较清淡的太空实验,有一项技术的实验却专门引人注现在,那便是听上往专门科幻的微波能量传输测试。

本文作者:Saturn V,本号授权发外,标题是吾瞎首的

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微波能量传输是无线能量传输的一栽,正如其名是不倚赖物理连接,行使电磁波中的微波来隔空进走能量传输。随着无线充电手机的遍及无线充电技术答该不生硬,不过和手机无线充电的电生磁,磁生电的近距离电磁感答分别,微波能量传输的主意在于不经由过程任何质量来完善能量的远距离传输。现阶段的电网家用电器等,倚赖的都是电线内导体电子的“接力”来完善电能的传输,必要诸如电线电网等基础设施的建设,微波能量传输便可跳过导体的步骤直接“隔空”传输能量。

接触式添炎(左)和微波添炎(右)

乍一望这个技术听上往很科幻,但实际上平时生活中几乎天天都用到,那便是微波炉。微波炉把电能转换成微波,微波传递给食物中的水和脂肪使其活动产生炎能添炎食物,借助微波完善了电能和炎能的转换,内心上便是无线能量传输。微波能量传输即是省往了炎能的步骤,同时大幅度延迟传播距离,把授与到的微波直接转换回电能的技术。

太阳能发电卫星设想图

不必要铺设电线便能输电的上风在太空尤为清晰,操纵微波的太阳能发电卫星不必要建设太空电梯等造价腾贵的基础设施来传输电力,只必要把电能转换为微波发射回地外再由地面基站转换回电能即可。因为异国直一连接,卫星既可安放在同步轨道上向地外固定点传输,亦可安放在优化太阳照射的轨道上向地外各基站“接力”传输,十足不受天气影响挑供几乎24幼时不中止的无限洁净能源。那么为什么要操纵微波呢?这还要从无线能量传输要解决的一个大题目说首,那便是地球大气对电磁波的作梗。

黄色为宇宙太阳光谱,红色为大气接收后的太阳光谱

太空太阳能发电的效果要远高于地外太阳能发电的效果,厉重因为便是哪怕异国天气的影响,地球大气也会逆射和接收大量的太阳光能量,据估算太阳辐射能量有23%被大气层接收另有29%被逆射回太空,实际到达地外的连一半都不到。益在地球大气层对于分别频率的电磁波的接收/逆射水平并纷歧样,所以为缩短电能在传输时的消耗,必须选择被大气接收和逆射的少,也就是透过率高的电磁波频率来传输。

为缩短对地面平时生活的影响隐晦不及选择可见光,那剩下的波长中能穿透大气层的只有10微米旁边的近红外电磁波,或者是波长1毫米以上到10米以下区间的微波和无线电波。两栽波段选择各有利弊,因为授与和发射电磁波的天线长度和波长成正比,波长较长的微波传输能量必要建造更大更长的天线,但电磁波的能量与波长成逆比,波长较短能量较高的近红外对走进过程中序言和收发天线的添炎效答更大,且近红外电磁波容易被云层和雨水阻截。所以X-37B上搭载的无线能量传输装配采用的是微波电磁波,新闻资讯最大限度缩短对载具的影响和对地外天气的倚赖。

详细而言X-37B要测试这个设备名叫PRAM,是英文“光伏无线电波天线模组”(Photovoltaic Radio-frequency Antenna Module)的英文首字母简写。外面上为一个30厘米的正方形太阳能电板,由28个幼型长方形光伏模组构成,模组下方安设有转换装配,将太阳辐射转化为微波波束后发射回地面。钻研人员将对比发射的波束和授与到的电能来计算PRAM穿越大气层的能量转换效果,进一步完善设计。X-37B超长的在轨时间也是为了测试PRAM长时间真空环境下的做事状态,且和其他测试卫星分别X-37B能把PRAM带回地面检查分析消耗情况,是测试微波能量传输的绝佳载具。

激光动力飞走器原理

除往太阳能发电卫星,微波能量传输技术的其他行使也专门通俗。既然发射平台不必要相对固定,那授与平台理论上也不必要相对固定。足够行使无线的上风,太阳能发电卫星只必要一个授与器便可为异国或难以铺设电力基础设施的偏远地区直接供电,甚至可经由过程聚焦微波波束,以微波“激光”的式样为电动无人机乃至电动无人船只挑供近乎无限的动力,无限滞空的无人机和无限航走的集装箱船将不再是梦想。

DARPA列出的能量波束的行使,横轴为传输距离纵轴为瓦特,SBSP及为太阳能发电卫星

不过这也引出了PRAM另一个不止为民用的发展,从太空将能量准确的传输给地面意味着也能将能量准确的传输给太空中的其他现在标。PRAM的中央技术在于降矮微波转换和传输时的炎消耗,但倘若把该技术的行使逆过来添大炎消耗,在太空中异国大气接收,微波的能量将统统传递给授与器。倘若再刻意挑高发射微波的能量密度添强炎效答,就像把手机放入微波炉相通,高能微波能直接销毁现在标的集成电路乃至让现在标的电池爆炸,换言之稍添改造PRAM将会是一个专门高效的逆卫星武器。

高能微波(High-power Microwave)被美国国防情报局纳入要挟卫星办法中的一栽,且位列首位。和其他的卫星杀伤方式相比,高能微波不必要直接对现在标进走撞击,避免了撞击后产生的大量太空垃圾碎片损坏其他的卫星。同时因为高能微波对电子元件是硬杀伤能直接损毁一个卫星,比柔杀伤的电子作梗等办法更添直接且有效。更为关键的是一个能太空多次变轨的载具,比如X-37B,可挨近多个卫星以“电”为“子弹”挨次损坏,大幅度降矮逆卫星的成本。原形上采用高能微波的“直接能量”武器早已有先例。

最污名昭著的莫过于雷声公司研发的“主动不准编制”(ADS),经由过程3.2毫米波长的高能微波远距离添炎人皮肤下的脂肪和水,就像突然在眼前掀开高温烤箱相通瞬休造成炙炎和灼烧感觉,以此来驱散人群。不过和太空用杀伤电子元件主意更挨近的答该是波音研发的CHAMP导弹,也就是“逆电子高能微波先辈导弹项现在”(Counter-Electronics High Power Microwave Advanced Missile Project)和雷声在ADS上改进的陆用CHAMP相通,均为经由过程开释高能微波销毁现在标的电子元器和集成电路,达到长期损坏的主意。

雷声针对无人机的高能微波武器

乐趣的是尽管在X-37B上测试的PRAM为彻彻底底的民用科技,实验的绝大无数数据推想也会以论文式样公开,但实际进走PRAM钻研的却是美国海军钻研实验室,资金更直接由美国国防治下属的OECIF直接挑供。和概念理论研发分别OECIF更强化调新技术的整相符展现,以及非实验室环境下的现场实验和测试。也许这才是非军事纯科研的PRAM却在X-37B而不是国际空间站上测试的最根本因为吧。

文末附送本次X-37B发射回放

(全文完)

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