[发明专利]一种基于月球探测的激光无线能量传输系统

说明书

本发明涉及一种基于月球探测的激光无线能量传输系统，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。

技术领域

本发明涉及一种基于月球探测的激光无线能量传输系统，属于高精度定位天线技术领域。

背景技术

月球南极永久阴影区探测是未来月球探测的重点之一，永久阴影区全年内没有任何太阳光照，环境温度也极低，为了实现永久阴影区的原位探测，必须采用同位素核电源或者采用无线能量传输方式进行连续供电。

申请号201810149353.6的国内专利公开了一种激光无线能量传输装置及方法，激光无线能量传输装置包括：光纤激光源、发射系统和激光电池；所述光纤激光光源，用于将产生的多路单频种子激光合束并输出合束激光；所述发射系统，用于将所述合束激光转变为平行激光并发射；所述激光电池，用于接收所述平行激光，并转化为电能。该发明输出的合束激光的功率大，满足激光电池的接受需求，而且将合束激光的光斑形状由圆形调整为椭圆形，增大了合束激光与激光电池板的耦合效率。

月球永久阴影区探测对于科学探测具有特殊意义，采用激光无线能量传输技术将能量由光照区传送至非光照区，实现无光照条件下的全天候探测，是现阶段所考虑的可行方案，但目前没有上述技术的具体实施方案。上述专利没有考虑到月球探测的具体环境，并不适用于月球探测中的能量传输。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对月球探测器电池续航能力不足、无法实现能源自给的问题，提供了一种基于月球探测的激光无线能量传输系统，采用激光无线能量传输方式通过着陆于月球南极高地的、可长期受到太阳光照的着陆器，向距离着陆器一定距离范围的永久阴影区探测器进行连续的供电，以实现探测器的生存和探测需求。

本发明的技术解决方案是：

一种基于月球探测的激光无线能量传输系统，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。

进一步的，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。

进一步的，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。