[发明专利]一种基于月球探测的激光无线能量传输系统

权利要求书

1.一种基于月球探测的激光无线能量传输系统，其特征在于包括：激光能量发射系统和激光能量接收系统，激光能量发射系统安装在着陆器上，激光能量接收系统安装在探测器上；着陆器着陆后保持固定位置，不进行移动或转动，探测器与着陆器分离后，可展开太阳电池阵在着陆器上方展开并维持对日定向，为着陆器提供电能，激光能量发射系统对产生的激光进行指向控制装置，实现定向发射；探测器将根据任务需求移动到目标探测区域，处于较低的月球坑内，探测器通过激光能量接收系统以激光无线能量传输方式获得电能。

2.根据权利要求1所述的一种基于月球探测的激光无线能量传输系统，其特征在于：所述可展开太阳电池阵采用薄膜太阳电池阵，薄膜太阳电池阵采用卷绕收拢展开方式；收拢时，所述可展开太阳电池阵呈圆柱状，主支撑杆正反面设有尼龙搭扣，保证电池阵的卷绕状态；

展开时，在充气展开机构作用下，气路驱动所述可展开太阳电池阵向外侧滚筒展开；

电池阵面采用聚酰亚胺薄膜基底、薄膜砷化镓电池和柔性透明防护膜实现薄膜化；薄膜砷化镓电池用于将太阳能转换为电能，薄膜基底用于安装薄膜电池和电池电路，柔性透明防护膜用于对于整个电池阵面进行防护。

3.根据权利要求1所述的一种基于月球探测的激光无线能量传输系统，其特征在于：所述激光能量发射系统包括：激光器供电电源、激光器、发射光学装置、指向装置、指向控制单元、信标接收器；

电能由外部提供给激光器供电电源，激光器供电电源给激光器供电，激光器将电能转换成激光，通过光纤进入发射光学装置；发射光学装置和信标接收器均置于指向装置上；指向装置在方位方向、俯仰方向转动，使得发射光学装置指向能量接收端，同时信标接收器接收信标指示光；在信标接收器接收到信标指示光信号后，经过计算将信标位置发送给指向控制单元；指向控制单元由此控制指向装置转动方向，对激光能量接收系统进行对准。

4.根据权利要求3所述的一种基于月球探测的激光无线能量传输系统，其特征在于：还包括制冷系统，用于为激光器降温；激光器供电电源的输入电能通过可展开太阳电池阵提供。

5.根据权利要求3所述的一种基于月球探测的激光无线能量传输系统，其特征在于：激光能量发射系统和激光能量接收系统之间的激光无线能量传输，通过808nm激光传输实现，输出光纤芯径为100μm，发射光学装置中器件口径为200mm，对应5km传输距离的接收端光斑直径为1.15m，即84％能量，最大功率密度为1.368kW/m²。

6.根据权利要求1所述的一种基于月球探测的激光无线能量传输系统，其特征在于：所述激光能量接收系统用于接收激光光束，将其转化为电能，用于探测器的供电，包括：光电转换单元、能源管理单元、信息采集控制单元；光电转换单元又包括激光电池阵、探测器和信标光发生器；

信标光发生器用于生成信标指示光，探测器用于探测激光束，激光电池阵将接收到的激光束进行光电转换，生成电能；能源管理单元对由光电转换单元提供的电能进行存储和管理，即激光电池阵转换的电能经过最大功率跟踪、稳压电路后输出电压并接入负载的一次充电母线；信息采集控制单元采集探测器信号，对光电转换单元的温度和激光辐照位置状态进行监测。

7.根据权利要求6所述的一种基于月球探测的激光无线能量传输系统，其特征在于：所述探测器包括温度探测器和APD探测器，温度探测器用于探测接收激光束的温度，APD探测器用于探测光照强度，反应激光辐照光板的偏移，根据APD探测器的探测数据确定激光光斑的实际偏差，分析波束需要精确移动的方位和距离信息，对激光发射指向装置进行精确控制。

8.根据权利要求6所述的一种基于月球探测的激光无线能量传输系统，其特征在于：所述激光电池阵设计为圆形布局，通过多组激光电池串并联形成，直径为1.3m；激光电池阵帖敷在1mm厚的铝薄板上，上附聚酰亚胺膜进行绝缘；整个激光电池阵垂直伸展于探测器的上方，四周无遮挡，通过探测器底部的驱动装置实现水平方向的转动，实现对激光光束的跟踪；激光电池材料采用InGaAs，光电转换效率50％；激光电池阵背面进行表面处理，实现高发射率和散热；激光电池阵上布设温度传感器，对电池温度进行实时测量，当温度超过阈值上限时，调整激光电池阵的方位角，或者向激光发射端进行报警，调节激光传输能量。