CN108897124A - 基于光纤柔性传导的空间太阳光汇聚*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于光纤柔性传导的空间太阳光汇聚***，包含聚光镜组(1)、柔性传导光纤(2)以及光纤调整机构(3)；聚光镜组(1)、柔性传导光纤(2)、光纤调整机构(3)依次连接沟通太阳光通道；聚光镜组(1)包含多个聚光镜，聚光镜与柔性传导光纤(2)一一对应，多个聚光镜通过柔性传导光纤(2)并联连接至光纤调整机构(3)上。本发明可利用光纤的柔性传导功能有效地将聚光镜汇聚的太阳光引入空间飞行器舱内，使空间飞行器可更加高效的利用太阳光能。

Description

基于光纤柔性传导的空间太阳光汇聚***

技术领域

本发明涉及航空航天领域、太阳能收集领域，具体地，涉及一种基于光纤柔性传导的空间太阳光汇聚***。

背景技术

太阳照射到地球外太空的能量密度虽然比地面接收的高，但相对空间飞行器太阳能发电、太阳光泵浦激光通信等利用要求还不足够，这也是空间太阳能作为热/电能源合理应用的主要挑战，因此探索高效率空间太阳能量汇聚技术是必要和现实的。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于光纤柔性传导的空间太阳光汇聚***。

根据本发明提供的基于光纤柔性传导的空间太阳光汇聚***，包含聚光镜组、柔性传导光纤以及光纤调整机构；

聚光镜组、柔性传导光纤、光纤调整机构依次连接沟通太阳光通道；

聚光镜组包含多个聚光镜，聚光镜与柔性传导光纤一一对应，多个聚光镜通过柔性传导光纤并联连接至光纤调整机构上。

优选地，还包含附着结构，多个聚光镜阵列安装在附着结构上。

优选地，所述光纤调整机构上设置有多个穿接孔；

所述柔性传导光纤沿轴向方向的两端中，其中一端布置在聚光镜的聚光点上，另一端贯穿设置在穿接孔中。

优选地，所述光纤调整机构为半球形；

穿接孔的轴线垂直与半球形光纤调整机构的平端面。

优选地，还包含接收光部件，多个柔性传导光纤在半球形光纤调整机构的球心处汇聚后与接收光部件相连。

优选地，所述附着结构与光纤调整机构在周向方向上相对固定。

优选地，所述附着结构包含太阳帆板，聚光镜组紧固安装在太阳帆板的内侧；

单个太阳帆板上安装有40个呈矩形阵列布置的聚光镜。

优选地，所述聚光镜采用石英材料制成，聚光镜焦距为90mm，直径为50mm，聚光光斑大小为1.5mm。

优选地，柔性传导光纤的直径为1.25mm。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明可利用光纤的柔性传导功能有效地将聚光镜汇聚的太阳光引入空间飞行器舱内，使空间飞行器可更加高效的利用太阳光能。

2、在本发明基础上设计的全光飞行器比传统飞行器最大程度上提高通信速率，提高能量转换效率，减少能量损耗，更加低碳环保。

3、本发明在阵列式聚光装置处将太阳光汇聚，通过光纤在聚光光斑处将阳光汇聚入光纤，通过长光纤将太阳光引入舱内，在光纤与舱体连接处采用光纤调整机构进行连接，防止由于跟踪旋转使光纤产生扭转，发生折断现象。

4、本发明可用于具有远距离聚光需求的高、中、低轨的各类空间飞行器和探测器中，也可用于其他类似需求的空间太阳能发电、空间光-光通信等应用场合。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为基于光纤柔性传导的空间太阳光汇聚***结构框图；

图2为阵列式的聚光镜原理性装置图；

图3为光纤调整机构原理性装置立体图；

图4为光纤调整机构原理性装置俯视图；

图5为光纤调整机构原理性装置右视图。

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供的基于光纤柔性传导的空间太阳光汇聚***，包含聚光镜组1、柔性传导光纤2以及光纤调整机构3，聚光镜组1、柔性传导光纤2、光纤调整机构3依次连接沟通太阳光通道，聚光镜组1包含多个聚光镜，聚光镜与柔性传导光纤2一一对应，多个聚光镜通过柔性传导光纤2并联连接至光纤调整机构3上。

由于目前光纤口径限制，聚光光斑不宜过大，但为了保证足够聚光能量，需采用多根光纤传导多面小聚光镜的方式，故聚光装置采用阵列式的聚光镜组1结构，其原理性装置如图2所示。另外还包含附着结构4，聚光镜组1中的多个聚光镜阵列安装在附着结构4上。优选地，附着结构4包含太阳帆板，聚光镜组1紧固安装在太阳帆板的内侧。

如图3至图5所示，所述光纤调整机构3上设置有多个穿接孔5，所述柔性传导光纤2沿轴向方向的两端中，其中一端布置在聚光镜的聚光点上，另一端贯穿设置在穿接孔5中。所述光纤调整机构3为半球形，穿接孔5的轴线垂直与半球形光纤调整机构3的平端面。还包含接收光部件，多个柔性传导光纤2在半球形光纤调整机构3的球心处汇聚后与接收光部件相连。通过上述结构，使得旋转的过程中对柔性传导光纤2不会产生扭转。

工作原理：

步骤一，阵列式的聚光镜组1将太阳光汇聚至聚光光斑处，利用太阳帆板太阳光跟踪装置对太阳光进行实时跟踪，每片聚光镜焦距及口径大小保持一致；

步骤二，柔性传导光纤2在聚光光斑处将阳光汇聚入光纤，通过长光纤将太阳光引入舱内；

步骤三，在柔性传导光纤2与舱体连接处采用光纤调整机构3进行连接，防止由于跟踪旋转使光纤产生扭转，发生折断现象。

优选实施方式：

阵列式的聚光镜组1结构，由40×2片焦距90mm、直径50mm聚光镜组成，聚光光斑大小为1.5mm，聚光镜采用石英材料制成。聚光镜组1安装在太阳帆板结构内侧，跟随太阳帆板对太阳进行实时跟踪与对准。也就是说，共有两个太阳帆板，每个太阳帆板中排列有40个聚光镜。

采用柔性传导光纤2将汇聚的阳光传导到舱体内，不受传统聚光装置焦距有限的限制。采用直径1.25mm大口径光纤，该光纤每米传输损耗低于5‰，较传统光纤其最大传输能量可增大40％。

在柔性传导光纤2与舱体连接处采用灵活的半球形的光纤调整机构3座尾转动机构，可有效防止光纤扭转，保护光纤不被折断。柔性传导光纤2穿过光纤调整机构3上的穿接孔5，在半球体球心处汇聚，接收光部件安装在光斑汇聚处，当聚光装置跟踪阳光进行转动时，柔性传导光纤2及连接的半球形的光纤调整机构3也跟随转动，也就是说，附着结构4与光纤调整机构3在周向方向上相对固定，光斑汇聚中心不变。在半球形的光纤调整机构3转动处摩擦阻尼小于0.25。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种基于光纤柔性传导的空间太阳光汇聚***，其特征在于，包含聚光镜组(1)、柔性传导光纤(2)以及光纤调整机构(3)；

聚光镜组(1)、柔性传导光纤(2)、光纤调整机构(3)依次连接沟通太阳光通道；

聚光镜组(1)包含多个聚光镜，聚光镜与柔性传导光纤(2)一一对应，多个聚光镜通过柔性传导光纤(2)并联连接至光纤调整机构(3)上。

2.根据权利要求1所述的基于光纤柔性传导的空间太阳光汇聚***，其特征在于，还包含附着结构(4)，多个聚光镜阵列安装在附着结构(4)上。

3.根据权利要求1所述的基于光纤柔性传导的空间太阳光汇聚***，其特征在于，所述光纤调整机构(3)上设置有多个穿接孔(5)；

所述柔性传导光纤(2)沿轴向方向的两端中，其中一端布置在聚光镜的聚光点上，另一端贯穿设置在穿接孔(5)中。

4.根据权利要求3所述的基于光纤柔性传导的空间太阳光汇聚***，其特征在于，所述光纤调整机构(3)为半球形；

穿接孔(5)的轴线垂直与半球形光纤调整机构(3)的平端面。

5.根据权利要求4所述的基于光纤柔性传导的空间太阳光汇聚***，其特征在于，还包含接收光部件，多个柔性传导光纤(2)在半球形光纤调整机构(3)的球心处汇聚后与接收光部件相连。

6.根据权利要求2所述的基于光纤柔性传导的空间太阳光汇聚***，其特征在于，所述附着结构(4)与光纤调整机构(3)在周向方向上相对固定。

7.根据权利要求2所述的基于光纤柔性传导的空间太阳光汇聚***，其特征在于，所述附着结构(4)包含太阳帆板，聚光镜组(1)紧固安装在太阳帆板的内侧；

单个太阳帆板上安装有40个呈矩形阵列布置的聚光镜。

8.根据权利要求1所述的基于光纤柔性传导的空间太阳光汇聚***，其特征在于，所述聚光镜采用石英材料制成，聚光镜焦距为90mm，直径为50mm，聚光光斑大小为1.5mm。

9.根据权利要求1所述的基于光纤柔性传导的空间太阳光汇聚***，其特征在于，柔性传导光纤(2)的直径为1.25mm。