Применение резонансных методов передачи электроэнергии в космических и летательных аппаратах

Применение резонансных методов передачи электроэнергии в космических и летательных аппаратах

Резонансный способ и устройство могут быть использованы для передачи электрической энергии на самолеты, шары-зонды, ракеты и низко­орбитальные спутники, как в непрерывном, так в импульсивном режиме.

Рассмотрим беспроводные методы передачи электрической энергии в атмосфере.

В способе передачи электрической энергии на высокой частоте через околоземное пространство, включающем генерирование электромагнитных колебаний и передачу их к потребителю по линии связи, между высокочастотными генераторами электромагнитных колебаний и приемниками энергии формируют в атмосфере проводящие каналы, проходящие через промежуточное проводящее тело, расположенное в околоземном пространстве. Формирование проводящих каналов осуществляют фотоионизацией воздуха лазерным излучением и электрическим пробоем ионизированного воздуха в канале путем подачи высокого напряжения. Высокочастотные генераторы и приемники энергии соединяют с проводящими каналами через резонансные L-С контуры, содержащие конденсатор переменной емкости, а также собственную емкость и индуктивность повышающих трансформаторов Тесла, присоединенных к высокочастотным генераторам энергии, и понижающих трансформаторов Тесла, присоединенных к приемникам энергии непосредственно или через выпрямительные блоки.

Для передачи электрической энергии одному или нескольким приемникам энергии, находящимся в пределах прямой видимости от промежуточного проводящего тела, про­межуточные проводящие тела выполнены в виде проводящих экранов, установленных на летательных аппаратах.

Для передачи электрической энергии удаленным приемникам энергии на Земле и в околоземном пространстве в качестве промежуточного проводящего тела используют проводящие слои ионосферы Земли.

Для передачи электрической энергии от высокочастотного генератора энергии на приемники по крайней мере один высокочастотный генератор энергии устанавливают на Земле, а приемники энергии – на Земле и летательных аппаратах. Проводящие каналы формируют как со стороны Земли, так и от летательных аппаратов.

Установленные на Земле и на летательных аппаратах высокочастотные генераторы энергии и приемники энергии, соединенные между собой проводящими слоями ионосферы и проводящими каналами, образуют единую энергетическую систему Земли.

В устройстве для передачи электрической энергии в околоземном пространстве, содержащем высокочастотные генераторы энергии, приемники энергии и линии связи между ними, линии связи выполнены в виде проводящих воздушных каналов, сформированных лазерными пучками, каждый из которых соединен с одной стороны через формирователь проводящего канала с одним из выводов высоковольтной обмотки высокочастотного трансформатора Тесла, а с противоположной стороны с промежуточным проводящим телом, расположенным в околоземном пространстве. Формирователи проводящих каналов и сами проводящие каналы электрически изолированы от лазеров с помощью электроизолированных экранов, прозрачных для излучения лазеров /25/.

Для реализации глобальной системы передачи электрической энергии все высокочастотные генераторы и приемники энергии соединены между собой проводящими каналами через проводящие слои в ионосфере в единую энергетическую систему.

На рис. 1.40 электрическую энергию от высокочастотного генератора энергии 1 через резонансный L-С контур 2, содержащий переменную емкость С1 и собственную емкость С2 и индуктивность L повышающего высокочастотного трансформатора Тесла 3, повышают по напряжению и передают на формирователь канала 4 и на проводящий канал 5, который является направляющей системой для электромагнитных волн. Проводящий канал 5 формируют в атмосфере с помощью лазера 6 и высоковольтного электрического разряда, получаемого с помощью высоковольтного трансформатора Тесла 3. Лазер 6 изолирован от высокого напряжения на формирователе проводящего канала 4 и в проводящем канале 5 с помощью электроизолирующего экрана 7, прозрачного для излучения лазера. Проводящий канал 5 соединяет высокочастотный генератор 1 и трансформатор Тесла 3 с промежуточным проводящим телом 8. Приемник энергии 9 соединен через выпрямитель 10, понижающий высоковольт­ный трансформатор Тесла 12, резонансный L-С контур 13, формирователь канала 14 с проводящим каналом 15, который сформиро­ван в атмосфере с помощью лазера 16 и высоковольтного электрического разряда от трансформатора Тесла 3 и 12. Лазер 16 получает электрическую энергию от вспомогательного генератора 11. Вспомогательный генератор 11 используется для питания трансформатора Тесла 12 для подачи высокого напряжения и электрического пробоя проводящего канала 15. Проводящий канал 15 соединяет резонансный L-С контур с промежуточным проводящим телом 8. Резонансный L-С контур 13 состоит из конденсатора переменной емкости Сз и собственной емкости С4 и индуктивности L2 высокочастотного понижающего трансформатора Тесла 12.

Промежуточное проводящее тело 8 выполнено в виде проводящего экрана, установленного на летательном аппарате, например низкоорбитальном спутнике, шаре-зонде, аэростате, дирижабле, самолете или вертолете. Лазер 16 изолирован от высокого напряжения с помощью электроизолированного экрана 17.

В общем случае, к промежуточному проводящему телу 8 могут быть присоединены несколько приемников энергии 9 с помощью проводящих каналов 15, сформированных лазерами 16 со стороны Земли между приемниками энергии 9 и промежуточным проводящим телом 8. Принцип работы устройства для передачи электрической энергии не изменится, если лазеры 16 установлены на промежуточном проводящем теле 8. В этом случае проводящие каналы 9 формируются со стороны промежуточного проводящего тела 15 по направлению к приемникам энергии 9 на Землю.

На рис. 1.41 в качестве промежуточного проводящего тела используют проводящие слои ионосферы 18 Земли 19. Концентрация заряженных ионов в проводящих слоях ионосферы составляет от 104 до 106 см-3 . В этом случае между приемником 9 и генератором энергии 1, установленными на поверхности Земли 19, возникает однопроводная линия, состоящая из проводящих каналов 5 и 15 и проводящего слоя ионосферы 18.

На рис. 1.42 передача электрической энергии от одного или нескольких источни­ков энергии 20 на Земле 19 на летательные аппараты 21 и 22, находящиеся в атмосфере, происходит с помощью проводящих каналов 23 и 24, сформированных между источником электрической энергии 20 и проводящими слоями 18 в ионосфере и между приемника-

Рис. 1.40. Общая схема резонансного способа и устройства

для передачи электрической энергии в атмосфере

Рис. 1.41. Конструкция устройства для передачи электрической энергии через ионосферу между генератором и приемником электрической энергии, установленными на земле

Рис. 1.42. Резонансный способ передачи электрической энергии

с Земли на летательные аппараты в атмосфере

через проводящие слои в ионосфере

Рис. 1.43. Способ и устройство дли передачи электрической

энергии от летательных аппаратов в атмосфере на 3емлю

ми энергии, установленными на летатель­ных аппаратах 21 и 22 и проводящими слоями ионосферы 18. Проводящие каналы 24 между летательными аппаратами 21, 22 и проводящими слоями 18 в ионосфере создаются с помощью лазеров или микроволновых генераторов, установлен­ных на летательных аппаратах 21, 22, и высоковольтного электрического разряда, формируемого от высоковольтного вспомога­тельного трансформатора Тесла, установлен­ного на летательных аппаратах 21, 22.

Проводящие каналы 23 формируют методом фотоионизации воздуха с помощью лазеров или микроволнового излучения и высоковольтного электрического разряда в проводящем канале 23 от высоковольтного трансформатора Тесла, установленного на Земле 19 рядом с источником энергии 20 аналогично показанному на рис. 1.40 и 1.41.

На рис. 1.43 летательные аппараты 25, 26 в атмосфере и приемники энергии 27, 28 на Земле 19 получают энергию от летательных аппаратов 29, 30 в атмосфере с помощью проводящих каналов 31, сформированных между летательными аппаратами 25, 26, 29 и 30 и проводящими слоями в ионосфере 18. Приемники энергии 27, 28 на Земле 19 соединены с проводящими слоями 18 в ионосфере проводящими каналами 32, сформированными с Земли. Летательный аппарат 33 передает энергию по проводящему каналу 34 непосредственно к потребителю энергии 35, расположенному на Земле 19.

Летательные аппараты 30 и 25 также передают энергию непосредственно другим летательным аппаратам 36 и 37 по проводящим каналам 38 и 39. Формирование проводящих каналов происходит путем фо­тоионизации воздуха и с помощью лазеров и высоковольтных электрических разрядов в канале от высоковольтных трансформаторов Тесла аналогично способу и устройству, показанному на рис. 1.40, 1.41 и 1.42.

НА ГЛАВНУЮ СТРАНИЦУ НАЗАД