提高天基功率的一种方法：继电器

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This article is part of our exclusive IEEE Journal Watch series in partnership with IEEE Xplore（https://spectrum.ieee.org/collections/journal-watch/）.

作为正在进行的寻找更可持续能源解决方案的一部分，一些研究人员正在跳出思维定势，或者说跳出地球。加利福尼亚州的一个团队正在提出一种新的发射器阵列系统，可以帮助直接从太空中获取能量。通过在更小的地球尺度上进行原型测试，他们展示了他们提出的系统如何将功率采集器和接收器之间传输的功率增加一倍以上，或者以类似的系数扩展其范围。

从太空太阳能电池阵列中收集能量并将其发射到地球表面的概念最早是在20世纪40年代作为科幻小说提出的。这一想法引起了科学家们的兴趣，促使他们探索其在现实世界中的可行性。虽然地球上收集的风能和太阳能取决于天气条件，但直接从太空收集能量理论上可以提供更稳定的能源供应。

但这种方法也带来了一些明显的挑战，包括成功地将功率束（在这种情况下是微波频率）引导和重新聚焦到所需的方向（https://spectrum.ieee.org/space-based-solar-power-2667878868）。在如此遥远的距离上，需要空间中的非常大的发射器和地球上的接收器来拾取功率信号，这些信号不可避免地会分散在如此长的传输距离上。

为了解决这个问题，加州理工学院教授Ali Hajimiri和他的同事们正在探索一种可编程发射阵列中间系统的可能性，该系统在天基发射器和陆基接收器之间的高度绕地球运行。这种“中继”方法将使科学家能够更好地控制光束在地球表面的指向，并确保更多的能量成功找到目标。或者，它将实现更小的发射机和接收机。

Hajimiri说：“放置在一些中间轨道上的可编程发射阵列可以通过重新聚焦光束来大大减轻这种尺寸要求，从而允许使用更小的发射机和接收机系统。”

Ali Hajimiri et al.

研究人员在10月2日发表在《IEEE微波杂志》上的一项研究中描述了他们提出的发射器阵列系统（https://ieeexplore.ieee.org/document/10703104）。该系统是由占据同一轨道的等距发射阵列天线组成的星座。当一个发射阵列在太空中远离主太阳能收集阵列系统（称为有源阵列）时，当第一个发射阵列移出范围时，第二个发射阵列将接近并接管向地球中继电力。

在他们的研究中，研究人员设计并测试了几个低成本、轻量级的概念验证发射阵列，以重新聚焦光束，发现这种策略可以传输的功率几乎是直接向地球发射功率的系统的2.5倍。该实验涉及一个小型概念验证原型，功率发射器和接收器在消声室中相距3.8米。功率提升意味着系统可以在更远的距离内工作，或者在给定的距离内需要更小的发射机和接收机。

Hajimiri指出，虽然实施这种中间阵列会增加系统的整体成本，但增加的能量产量将使系统在其生命周期内每单位能量更具成本效益。

尽管功能齐全的空对地电力发射机还很遥远，但Hajimiri和他的同事们计划继续开发和测试他们的解决方案。Hajimiri说：“（我们）的重点领域之一是构建更大规模、更可编程的发射阵列，并在太空环境中对其进行测试。”