本發(fā)明屬于月球供能，特別是涉及一種用于月夜黑暗區(qū)供能的三反射式空間太陽(yáng)能聚光器。

背景技術(shù)：

1、拋物面碟式聚光器系統(tǒng)的工作原理是通過(guò)定日跟蹤裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)日定向，使用拋物面反射鏡面將太陽(yáng)光聚集到吸收器上，由吸收器進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)換或者光電轉(zhuǎn)換，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)工作，該系統(tǒng)通常由光電光熱轉(zhuǎn)換裝置、聚光器、支撐結(jié)構(gòu)、反射鏡面、立柱和定日跟蹤裝置等部分組成，相比于傳統(tǒng)的槽式聚光器，拋物面碟式聚光器具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小及聚光比高等優(yōu)點(diǎn)[7-9]，為了進(jìn)一步提高聚光比以及改變光路的要求，可以考慮添加二次反射鏡，以便光路的聚焦程度進(jìn)行提升，目前，二次反射鏡的使用已經(jīng)較為廣泛，如alexgoldstein實(shí)現(xiàn)了對(duì)雙鏡系統(tǒng)參數(shù)空間的全面分析，以高精度的光學(xué)靈敏度，找到了吸收器的最佳位置，實(shí)現(xiàn)了聚光比的提升，gong?jh提出了一種新型的二次反射器設(shè)計(jì)方法，通過(guò)自適應(yīng)優(yōu)化方法使得主鏡反射的未被吸收吸接收的部分光線反射回吸收器，進(jìn)一步提高了ptc光效和熱效率，并且實(shí)現(xiàn)了吸收器表面的能流分布均勻化，將焦徑比等長(zhǎng)的二次反射鏡安裝在槽式聚光器的線形聚焦位置，別測(cè)量了裝置在一年的不同季節(jié)中的光學(xué)增強(qiáng)效果，發(fā)現(xiàn)在冬季的增強(qiáng)效果更見(jiàn)明顯，但是所有月份的輻照方面是相似的，目前大部分的二次反射鏡都是應(yīng)用于槽式、碟式共軸聚光器，均安裝在主鏡正上方的聚焦位置，而吸收器通常也固定在吸收器近前方，這樣會(huì)對(duì)主鏡造成遮擋，且吸收器和二次反射鏡距離過(guò)近，也會(huì)降低熱效率，因此，越來(lái)越需要開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方法，以幫助解決這些問(wèn)題，并形成更具成本效益和效率的太陽(yáng)能利用方案。

2、移動(dòng)目標(biāo)追蹤技術(shù)是該研究的核心技術(shù)，由聚光器反射出的高強(qiáng)度光照對(duì)月球陰影區(qū)的環(huán)境資源破壞性很大，為了將反射光束精確的投射到在千米級(jí)深坑中作業(yè)的月球探測(cè)設(shè)施上而不破壞當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境資源，普通的二軸光束指向裝置無(wú)法滿足任務(wù)精度要求，所以該系統(tǒng)計(jì)劃使用一臺(tái)快速控制反射鏡實(shí)現(xiàn)反射光束對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的精確跟蹤，快速控制反射鏡簡(jiǎn)稱快反鏡，是一種可以快速、精確地調(diào)整光束方向的伺服控制裝置，該裝置具有響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)良特性，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于光電跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，考慮到快反鏡的有效控制行程較短，通常不超過(guò)，如果任務(wù)目標(biāo)需要大范圍移動(dòng)，則還需搭配一個(gè)可以大角度轉(zhuǎn)向的二軸轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)作為光束指向的粗跟蹤裝置，構(gòu)成復(fù)合軸跟蹤系統(tǒng)，現(xiàn)有技術(shù)中提出了一種新型瞄準(zhǔn)系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)方法，對(duì)粗精兩級(jí)子系統(tǒng)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，仿真結(jié)果表明該設(shè)計(jì)在追蹤精度、抗干擾能力和控制輸入峰值等方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的控制方法，zhoujp引入了一種歸一化的lms算法補(bǔ)償二軸系統(tǒng)的位置環(huán)路延遲，并采用快反鏡提高光電吊艙的高視距指向精度，將方位角和波束控制精度分別提高了15倍和3倍，wu?zl集成了用于粗跟蹤的大行程、大口徑二軸鏡和用于精跟蹤調(diào)整的壓電快反鏡，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合方法分析了鏡面的機(jī)械運(yùn)動(dòng)行程與光學(xué)角度變化的耦合關(guān)系，利用掃描檢測(cè)和圖像補(bǔ)償技術(shù)增強(qiáng)系統(tǒng)的視場(chǎng)，目前大部分復(fù)合軸光電跟蹤系統(tǒng)的研究是基于控制系統(tǒng)算法模型的改進(jìn)，復(fù)合軸控制系統(tǒng)的耦合動(dòng)力學(xué)模型尚未被建立起完整的數(shù)學(xué)表述，這使得在控制系統(tǒng)的優(yōu)化過(guò)程中仍然存在局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種用于月夜黑暗區(qū)供能的三反射式空間太陽(yáng)能聚光器，以解決現(xiàn)有聚光器無(wú)法有效解決球差導(dǎo)致的焦斑能量分布不均、中央遮擋問(wèn)題，且缺乏復(fù)合軸光束跟蹤技術(shù)的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種用于月夜黑暗區(qū)供能的三反射式空間太陽(yáng)能聚光器，其特征在于：包括共軸聚光器、平行光轉(zhuǎn)換鏡、快速反射鏡以及雙軸跟蹤器，所述平行光轉(zhuǎn)換鏡安裝在共軸聚光器上方，所述快速反射鏡安裝在共軸聚光器下方，所述共軸聚光器安裝在雙軸跟蹤器上。

4、更進(jìn)一步的，所述雙軸跟蹤器安裝在連接支架上。

5、更進(jìn)一步的，所述共軸聚光器采用碳纖維復(fù)合材料，焦距為400m，表面鍍高反射率膜層。

6、更進(jìn)一步的，所述快速反射鏡選用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)，偏轉(zhuǎn)精度±0.001°，響應(yīng)時(shí)間≤10ms。

7、更進(jìn)一步的，所述平行光轉(zhuǎn)換鏡采用雙曲面設(shè)計(jì)。

8、更進(jìn)一步的，所述快速反射鏡與雙軸跟蹤器構(gòu)成復(fù)合軸控制系統(tǒng)，控制精度≤0.005°。

9、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

10、1、本發(fā)明通過(guò)共軸聚光器、平行光轉(zhuǎn)換鏡和快速反射鏡的三級(jí)反射結(jié)構(gòu)，結(jié)合球差優(yōu)化和復(fù)合軸跟蹤技術(shù)，顯著提升了聚光效率與能量傳輸精度。

11、2、本發(fā)明優(yōu)化后的有效能量占比從5％提升至15％，焦斑均勻性提高40％。

12、3、本發(fā)明的復(fù)合軸控制系統(tǒng)在月面極端環(huán)境下仍能保持穩(wěn)定跟蹤。

13、4、本發(fā)明適用于月球永久陰影區(qū)，深坑探測(cè)等復(fù)雜地形場(chǎng)景。

技術(shù)特征：

1.一種用于月夜黑暗區(qū)供能的三反射式空間太陽(yáng)能聚光器，其特征在于：包括共軸聚光器(1)、平行光轉(zhuǎn)換鏡(2)、快速反射鏡(3)以及雙軸跟蹤器(4)，所述平行光轉(zhuǎn)換鏡(2)安裝在共軸聚光器(1)上方，所述快速反射鏡(3)安裝在共軸聚光器(1)下方，所述共軸聚光器(1)安裝在雙軸跟蹤器(4)上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于月夜黑暗區(qū)供能的三反射式空間太陽(yáng)能聚光器，其特征在于：所述雙軸跟蹤器(4)安裝在連接支架(5)上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于月夜黑暗區(qū)供能的三反射式空間太陽(yáng)能聚光器，其特征在于：所述共軸聚光器(1)采用碳纖維復(fù)合材料，焦距為400m，表面鍍高反射率膜層。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于月夜黑暗區(qū)供能的三反射式空間太陽(yáng)能聚光器，其特征在于：所述快速反射鏡(3)選用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)，偏轉(zhuǎn)精度±0.001°，響應(yīng)時(shí)間≤10ms。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于月夜黑暗區(qū)供能的三反射式空間太陽(yáng)能聚光器，其特征在于：所述平行光轉(zhuǎn)換鏡(2)采用雙曲面設(shè)計(jì)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于月夜黑暗區(qū)供能的三反射式空間太陽(yáng)能聚光器，其特征在于：所述快速反射鏡(3)與雙軸跟蹤器(4)構(gòu)成復(fù)合軸控制系統(tǒng)，控制精度≤0.005°。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種用于月夜黑暗區(qū)供能的三反射式空間太陽(yáng)能聚光器，屬于月球供能技術(shù)領(lǐng)域。解決了現(xiàn)有聚光器無(wú)法有效解決球差導(dǎo)致的焦斑能量分布不均、中央遮擋問(wèn)題，且缺乏復(fù)合軸光束跟蹤技術(shù)的問(wèn)題。它包括共軸聚光器、平行光轉(zhuǎn)換鏡、快速反射鏡以及雙軸跟蹤器，所述平行光轉(zhuǎn)換鏡安裝在共軸聚光器上方，所述快速反射鏡安裝在共軸聚光器下方，所述共軸聚光器安裝在雙軸跟蹤器上。它主要用于月球供能。

技術(shù)研發(fā)人員：郭朋真,張彥龍,田夢(mèng)凡,李麗芳,鄧宗全
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28