ЗАСТОСУВАННЯ ТА ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ БЕЗДРОТОВОЇ ПЕРЕДАЧІ ЕНЕРГІЇ

Анотація

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.02.087

Останнім часом одним з актуальних напрямів в науці й техніці стали дослідження щодо бездротової передачі енергії на відстань. Метою роботи є огляд та аналіз досліджень, присвячених розробленню систем бездротової передачі енергії на відстань, а також досліджень щодо проєктування та розробки космічних сонячних електростанцій. Можливість створення і доцільність практичного використання систем бездротової передачі енергії була підтверджена результатами демонстраційних експериментів, практичними випробуваннями, огляд та аналіз яких наведений в даній статті. Системи бездротової передачі енергії знайшли успішне застосування у різних галузях для вирішення багатьох задач. Розглянуто питання щодо бездротового енергопостачання у важкодоступні райони земної поверхні, бездротового енергоживлення безпілотних літальних апаратів. Однією з важливих проблем для людства була й залишається проблема вичерпності традиційних енергетичних ресурсів. У зв'язку з цим особливе місце займають дослідження щодо використання сонячної енергії. Тому на даний час значна увага приділяється задачам розробки та застосування космічних сонячних електростанцій з безконтактною передачею електроенергії на Землю або на космічні апарати та перспективні космічні системи, наприклад, космічні промислові платформи. Це питання має досить глибоке науково-теоретичне опрацювання. Можливість будівництва космічних сонячних електростанцій вивчається фахівцями різних країн, в тому числі США, Японії, Китаю, Великої Британії. У статті наведено огляд проєктів та проаналізовано сучасний стан досліджень щодо розробки космічних сонячних електростанцій. Реалізація проєктів космічних сонячних електростанцій дозволить вирішити одночасно декілька проблем: проблему глобальної енергетичної кризи, проблему екологічних та кліматичних наслідків впливу традиційної енергетики на довкілля. Застосування космічних сонячних електростанцій з безконтактною передачею енергії даcть можливість вирішення важливих задач, серед яких: високий рівень електропостачання наземним споживачам, ефективне енергозабезпечення довготривалих масштабних космічних проєктів, промислове виробництво в космосі, очищення навколоземного простору від космічного сміття.

ПОСИЛАННЯ

1. Brown W. C. The history of power transmission by radio waves. IEEE Trans. 1984. V. MTT–32. No. 9. P. 1230–1242. https://doi.org/10.1109/TMTT.1984.1132833 

2. Glaser P. E. Power from the Sun: its future. Science. 1968. 168. P. 857–886. https://doi.org/10.1126/science.162.3856.857

3. Патент США № US3781647, МПК B64G1/42; B64G1/44; H02J17/00; H02N6/00; H02S99/00. Method and apparatus for converting solar radiation to electrical power. Glaser P. US05/165893; заявл. 26.07.1971; опубл. 25.12.1973.

4. Brown W. C., Eves E. E. Microwave power transmission and its application to space. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1992. Vol. 40. No. 8. P. 1239–1250. https://doi.org/10.1109/22.141357

5. Celeste A., Jeanty P., Pignolet G. Case study in Reunion Island. Acta Astronautica. 2004. Vol. 54. P. 253–258. https://doi.org/10.1016/S0094-5765(02)00302-8

6. Jull G. Project SHARP (Stationary High Altitude Relay Platform). Friends of Communications Research Centre. URL: https://www.friendsofcrc.ca/Projects/SHARP/sharp.html (Last accessed: 05.03.2025).

7. Shinohara N. Beam Control Technologies with a High Efficiency Phased Array for Microwave Power Transmission in Japan. Proceedings of the IEEE. 2013. Vol. 101. Issue 6. Р. 1448–1463. https://doi.org/10.1109/JPROC.2013.2253062

8. Fujino Y., Fujita M., Kaya N., et al. A Dual Polarization Microwave Power Transmission System for Microwave Propelled Airship Experiment. ISAP 96 Proceedings. Chiba, Japan. P. 393–396.

9. Franceschetti G., Gervasio V., Mittra R. A Look at the Wide Spectrum of Wireless Power Transmission. Forum for Electromagnetic Research Methods and Application Technologies (FERMAT). 2014. Vol. 6. 19 p.

10. Delaney R. Northrop Grumman demonstrate solar to radio frequency conversion. 2021. URL: https://www.afrl.af.mil/News/Article/2878401/afrl-northrop-grumman-demonstrate-solar-to-radio-frequency-conversion/ (Last accessed: 05.03.2025).

11. DOE/NASA, Satellite Power System Concept Development and Evaluation Program Assessment Report U.S. Department of Energy, Office of Energy Research, DOE/ER/0085. November 1980. 322 p. URL: https://space.nss.org/wp-content/uploads/SSP-DOE-1978-space-solar-power-Reference-System-Report.pdf (Last accessed: 05.03.2025).

12. Space-Based Solar Power as an Opportunity for Strategic Security. Phase o Architecture Feasibility Study: Report to the Director. National Security Space Office. October 10, 2007. URL: https://space.nss.org/wp-content/uploads/Space-Based-Solar-Power-Opportunity-for-Strategic-Security-assessment.pdf (Last accessed 05.03.2025).

13. Wie B., Roithmay C. M. Integrated Orbit, Attitude, and Structural Control Systems Design for Solar Power Satellites. NASA/TM-2001-210854. June 2001. 137 p. URL: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20010071579/downloads/20010071579.pdf (Last accessed: 05.03.2025).

14. SPS-ALPHA: The First Practical Solar Power Satellite via Arbitrarily Large Phased Array (A 2011-2012 NASA NIAC Phase 1 Project). Final Report. Principal Investigator Mr. John C. Mankins. Artemis Innovation Management Solutions LLC, Santa Maria, California, 15 September 2012. URL: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20190002466/downloads/20190002466.pdf (Last accessed 05.03.2025).

15. Nagatomo M. Approach to develop space solar power as a new energy system for developing countries. Solar Energy. 1996. Vol. 56. No. 1. P. 111–118.  https://doi.org/10.1016/0038-092X(95)00098-C

16. Sasaki S., Tanaka K., Higuchi K., Okuizumi N., Kawasaki S., Shinohara N., Senda K., Ishimura K. A new concept of solar power satellite: Tethered-SPS. Acta Astronautica. 2006. Vol. 60. P. 153–165. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2006.07.010 

17. Chen S. China plans to start building first-ever solar power plant in space by 2028. June 2022. URL: https://www.scmp.com/news/china/science/article/3180627/china-brings-forward-plans-space-solar-power-plant?module=perpetual_scroll_0&pgtype=article&campaign=3180627 (Last accessed 05.03.2025).

18. Yang Y., Zhang Y., Duan B., Wang D., Li X. A novel design project for space solar power station (SSPSOMEGA). Acta Astronautica. 2016. Vol. 121. P. 51–58.   https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2015.12.029

19. Space Based Solar Power. De-risking the pathway to Net Zero. URL: https://assets.publishing.service.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/1020631/space-based-solar-power-derisking-pathway-to-net-zero.pdf (Last accessed 05.03.2025).

20. Палій О. С., Лапханов Е. О., Своробін Д. С. Модель керування рухом космічних розподілених енергетичних систем. Технічна механіка. 2022. № 4. С. 35–50. https://doi.org/10.15407/itm2022.04.035

21. Лапханов Е. О., Палій О. С., Своробін Д. С. Визначення проєктних параметрів системи керування енергетичних космічних апаратів для безконтактного живлення космічної індустріальної платформи. Технічна механіка. 2023. № 4. С. 15–30. https://doi.org/10.15407/itm2023.04.015