本發(fā)明屬于航天器能源領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用于航天器在軌無線能量傳輸體系的航天器激光電池。

背景技術(shù)：

分布式可重構(gòu)衛(wèi)星是一種新型的“模塊化”航天器體系結(jié)構(gòu)，各模塊航天器可以獨立制造及發(fā)射，通過空間無線能量傳輸和數(shù)據(jù)交互構(gòu)成一個整體，具有更好的冗余性、可重構(gòu)能力；多重任務(wù)載荷在同一個航天器系統(tǒng)中的實現(xiàn)成為可能；新技術(shù)試驗和新載荷可方便地增加到分布式可重構(gòu)衛(wèi)星系統(tǒng)中，基本不影響原有系統(tǒng)的運行，為解決天基平臺的應(yīng)用靈活性和抗風(fēng)險能力提供了一條良好途徑，成為未來國際上空間系統(tǒng)發(fā)展的一個重要方向。

無線能量傳輸是分布式衛(wèi)星系統(tǒng)的兩個基礎(chǔ)技術(shù)之一，無線能量傳輸主要有微波和激光無線能量傳輸，激光方向性好、能量集中、傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸效率高、接收裝置小，更加適合分布式可重構(gòu)衛(wèi)星系統(tǒng)。激光電池則是實現(xiàn)激光無線能量傳輸?shù)幕A(chǔ)技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種航天器激光電池，該電池的能量傳輸密度高，功率密度高，適用于分布式衛(wèi)星系統(tǒng)。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下：

一種航天器激光電池，包括凹透鏡、凸透鏡、光伏電池片、散熱器和散熱外殼；所述凹透鏡、所述凸透鏡、所述光伏電池片和所述散熱器安裝在所述散熱外殼內(nèi)，所述凹透鏡位于所述凸透鏡的上方且兩者平行放置，所述凸透鏡與所述凹透鏡的焦距相等，所述凸透鏡的中心位于所述凹透鏡的焦點，所述凹透鏡的中心位于所述凸透鏡的焦點，所述凸透鏡的口徑大于所述凹透鏡的口徑；所述光伏電池片位于所述凸透鏡的下方，所述散熱器位于所述光伏電池片的下方，且所述光伏電池片的背面固定在所述散熱器上，所述散熱外殼由圓錐形和圓柱形兩段金屬筒組成。

作為本發(fā)明上述航天器激光電池的改進，所述凸透鏡安裝在所述散熱外殼的所述圓錐形金屬筒與所述圓柱形金屬筒的連接處，所述凹透鏡安裝在所述圓錐形金屬筒中，所述光伏電池片和所述散熱器安裝在所述圓柱形金屬筒中。

作為本發(fā)明上述航天器激光電池的改進，所述光伏電池片的背面通過一層導(dǎo)熱脂粘在所 述散熱器上。

作為本發(fā)明上述航天器激光電池的改進，所述凹透鏡和所述凸透鏡均采用玻璃透鏡。

作為本發(fā)明上述航天器激光電池的改進，所述光伏電池片采用三結(jié)砷化鎵。

作為本發(fā)明上述航天器激光電池的改進，所述散熱器采用熱管。

本發(fā)明的有益效果是：

a.能量傳輸密度高：輸入功率為不大于1千瓦，輸出功率不小于200瓦，一個單體就能滿足普通微小衛(wèi)星整星的功率需求；

b.功率密度高：整體功率密度為4kw/m²，是普通太陽帆板功率密度的20倍。

附圖說明

圖1是激光電池組成圖；

圖2是激光電池三視圖；

圖3是激光電池發(fā)電原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。

航天器激光電池采用封閉結(jié)構(gòu)，在軌運行中接收發(fā)電星的功率激光束，對激光束進行散光處理后，將光束照射到光伏電池片上，同時將發(fā)電過程中產(chǎn)生的熱散發(fā)到太空中。

如圖1所示，本發(fā)明的航天器激光電池包括5部分：凹透鏡1、凸透鏡2、光伏電池片3、散熱器4和散熱外殼5。凹透鏡1、凸透鏡2、光伏電池片3和散熱器4安裝在散熱外殼5內(nèi)。凹透鏡1位于凸透鏡2的上方，兩者平行放置，凸透鏡2與凹透鏡1的焦距相等，凸透鏡2的中心位于凹透鏡1的焦點，凹透鏡1的中心位于凸透鏡2的焦點，凸透鏡2的口徑大于凹透鏡1的口徑。光伏電池片3位于凸透鏡的下方，散熱器4位于光伏電池片3的下方，且光伏電池片3的背面固定在散熱器4上，光伏電池片3的背面可以通過一層導(dǎo)熱脂粘在散熱器4上。散熱外殼5由圓錐形和圓柱形兩段金屬筒組成。

其中，凹透鏡1和凸透鏡2均采用玻璃透鏡，可以是高透光性的玻璃透鏡，凹透鏡接收高能量密度的入射功率激光，將其發(fā)散為較低能量密度的光束后照射到光伏電池片上。光伏電池片采用三結(jié)砷化鎵，散熱器采用熱管。

凸透鏡2安裝在散熱外殼5的圓錐形金屬筒與圓柱形金屬筒的連接處，凹透鏡1安裝在圓錐形金屬筒中，光伏電池片3和散熱器4安裝在圓柱形金屬筒中。散熱外殼5的內(nèi)表面處理為高吸收率低發(fā)射率，外表面處理為低吸收率和高發(fā)射率。

如圖3所示，在軌飛行中，根據(jù)飛行程序功率接收星向中心能源星發(fā)出功率請求后，建立并保持姿態(tài)接收功率激光光束，高能量密度的入射光先進入凹透鏡1然后進入凸透鏡2重新成為平行光束，發(fā)散為較低能量密度的光束后照射到光伏電池片3上發(fā)電。在此過程中產(chǎn)生的熱量由散熱器4和散熱外殼5散發(fā)到太空中。

本發(fā)明中未說明部分屬于本領(lǐng)域的公知技術(shù)。

以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作了詳細(xì)說明，但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下對實施方式進行多種變化、修改、替換和變型仍落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種航天器激光電池，該電池包括凹透鏡(1)、凸透鏡(2)、光伏電池片(3)、散熱器(4)和散熱外殼(5)；凹透鏡(1)、凸透鏡(2)、光伏電池片(3)和散熱器(4)安裝在散熱外殼(5)內(nèi)，凹透鏡(1)位于凸透鏡(2)的上方且兩者平行放置，凸透鏡(2)與凹透鏡的焦距相等，凸透鏡(2)的中心位于凹透鏡(1)的焦點，凹透鏡(1)的中心位于凸透鏡(2)的焦點，凸透鏡(2)的口徑大于凹透鏡(1)的口徑；光伏電池片(3)位于凸透鏡(2)的下方，散熱器(4)位于光伏電池片(3)的下方，且光伏電池片(3)的背面固定在散熱器(4)上，散熱外殼(5)由圓錐形和圓柱形兩段金屬筒組成。本發(fā)明航天器激光電池的能量傳輸密度高，功率密度高，適用于分布式衛(wèi)星系統(tǒng)。

技術(shù)研發(fā)人員：凍偉東
受保護的技術(shù)使用者：北京空間技術(shù)研制試驗中心
技術(shù)研發(fā)日：2016.04.15
技術(shù)公布日：2017.10.31