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第1章 太阳能发电卫星研发背景1

1.1 未来100年的人类生活1

1.2 未来50年的能源需求1

1.2.1 化石燃料的需求和产量预测1

1.2.2 化石燃料所排放的CO25

1.3京都议定书（Kyoto Protocol）与全球变暖9

1.4 可持续能源10

1.4.1 地面太阳能10

1.4.2 水能11

1.4.3 风能11

1.4.4 生物质能12

1.4.5 地热能12

1.4.6 氢能12

1.4.7 海洋热能12

1.4.8 潮汐能12

1.4.9 波能13

1.5 作为可持续能源的太阳能发电卫星13

1.6 核能13

参考文献14

第2章 太阳能发电卫星发展现状16

2.1 SPS的特征16

2.1.1 基本概念16

2.1.2 不排放CO2的清洁能源18

2.1.3 与地面光伏电站的比较19

2.1.4 经济性21

2.2 SPS系统22

2.2.1 空间段22

2.2.2 地面段23

2.3 SPS关键技术24

2.3.1 发射和运输24

2.3.2 太阳能发电系统28

2.3.3 热控技术32

2.3.4 微波能量传输35

2.3.5 目标检测和波束控制43

2.3.6 整流天线和地面网络46

2.4 SPS研究：技术发展现状50

2.4.1 美国的研究51

2.4.2 日本的研究56

2.4.3 欧洲的研究65

2.4.4 全球的活动71

参考文献72

第3章 太阳能发电卫星无线电技术82

3.1 微波能量传输技术83

3.1.1 利用电磁波传输能量83

3.1.2 Friis传输方程的应用85

3.1.3 微波能量传输的特征85

3.2 微波器件86

3.2.1 微波半导体87

3.2.2 微波真空管87

3.2.3 移相器和功率分配器89

3.2.4 微波器件、电路和系统89

3.3 波束控制92

3.3.1 传输效率92

3.3.2 单元之间的相位同步92

3.3.3 反向导引93

3.3.4 软件反向导引系统94

3.3.5 天线阵列的振幅和相位误差的影响94

3.3.6 目前的天线技术和未来发展预测95

3.4 整流天线95

3.5 测量和校准96

3.5.1 地面和空间的巨型天线阵列测量97

3.5.2 整流天线测量97

3.5.3 天线增益和相位误差的自校准97

3.5.4 SPS天线测试项目97

3.6 衍生技术101

参考文献104

第4章 太阳能发电卫星的影响和效应108

4.1 与空间和大气之间的相互作用108

4.1.1 大气的影响108

4.1.2 电离层的影响110

4.1.3 电推进对磁层的影响112

4.2 与其他无线电业务和应用的兼容性113

4.2.1 与射电天文等其他业务的兼容性114

4.2.2 太阳能电池的反射和热发射116

4.3 MPT对人类健康和生物的效应117

4.4 风险预防准则120

4.5 SPS的优点和缺点总结120

4.5.1 SPS的优势120

4.5.2 SPS的缺点121

4.5.3 SPS的其他问题122

4.5.4 SPS的优缺点问答123

参考文献126

第5章 国际无线电科学联合会与太阳能发电卫星130

5.1 技术130

5.2 环境131

第6章 深入阅读133

附录A 世界微波能量传输活动136

A.1 早期的历史136

A.2 美国的活动140

A.3 加拿大的活动140

A.4 日本的活动141

A.5 欧洲的活动143

参考文献144

附录B 各种太阳能发电卫星模型147

B.1 Glaser的SPS概念方案147

B.2 SPS 2000148

B.3 太阳盘（Solar Disc）149

B.4 算盘反射器构型151

B.5 NEDO模型151

B.6 JAXA模型152

B.7 发展路线图153

参考文献154

附录C 美国的研究工作155

前言155

C.1 概述156

C.1.1 什么是空间太阳能电站156

C.1.2 为什么空间太阳能电站是一种重要的解决方式157

C.1.3 最新SSP研究工作的主要结论158

C.2 美国SPS和SSP活动简史（1960～1970年）159

C.2.1 20世纪70年代进行的太阳能发电卫星的研究160

C.2.2 中断期（20世纪80年代～20世纪90年代初）162

C.3 NASA“Fresh Look”研究（1995～1997年）162

C.3.1 太阳塔方案163

C.3.2 太阳盘方案165

C.3.3 结论166

C.4 SSP概念定义研究（1998年）166

C.5 SERT计划（1999～2000年）167

C.5.1 Abacus方案169

C.5.2 ISC方案170

C.5.3 SERT计划的结束170

C.6 NRC评审（2000～2001年）171

C.7 NASA 国际科学基金会（NSF）—电力研究协会（EPRI）联合研究（2001～2003年）171

C.8 NASA近期的SSP及相关技术研发（2004～2005年）172

C.9 总结和结论173

C.9.1 一般性的发现174

C.9.2 环境问题177

C.9.3 广泛应用178

C.9.4 未来发展方向185

参考文献189

附录D 日本的研究工作193

D.1 JAXA模型193

D.1.1 2001模型193

D.1.2 2002模型194

D.1.3 2003模型（编队飞行SPS）196

D.2 发射和运输197

D.2.1 发射197

D.2.2 运输198

D.3 太阳能发电201

D.3.1 太阳能聚光器201

D.3.2 发电技术205

D.4 热控技术209

D.4.1 微波SPS的热控209

D.4.2 热工况210

D.4.3 能量转化模块的温度213

D.4.4 减少太阳能电池上的热负荷215

D.5 SPS的微波能量传输218

D.5.1 与SPS相关的主要参数218

D.5.2 微波发生器220

D.5.3 微波天线224

D.5.4 波束控制225

D.6 整流天线与地面段229

D.6.1 微波接收器（整流天线）229

D.6.2 天线组件230

D.6.3 整流电路232

D.6.4 微波接收概述233

D.6.5 整流天线研究的近期发展趋势235

D.6.6 整流天线商业化相关问题237

D.6.7 地面电网238

D.7 SPS的经济性239

D.7.1 SPS成本模型239

D.8 环境与安全问题245

D.8.1 运输过程247

D.8.2 部署和维护过程247

D.8.3 微波辐射传输的影响247

D.9 基于激光的SPS研究249

D.9.1 激光能量传输249

D.9.2 直接太阳能泵浦激光振荡250

D.9.3 太阳能泵浦激光系统设计252

D.9.4 L—SPS参考模型252

参考文献254

附录E 欧洲的研究工作（ESA报告）257

摘要257

E.1 引言258

E.2 动机和框架258

E.2.1 全球范围258

E.2.2 欧洲范围261

E.3 目标261

E.3.1 边界条件262

E.3.2 综合：空间系统和地面工厂263

E.4 欧洲的方法263

E.4.1 欧洲空间太阳能发电研究网络263

E.4.2 与地面太阳能发电专家的结合263

E.4.3 电力消耗曲线263

E.4.4 供应方案263

E.4.5 发射成本264

E.5 参考系统——地面265

E.5.1 光伏发电技术265

E.5.2 太阳能热发电技术266

E.5.3 储能系统267

E.5.4 传输系统267

E.6 参考系统——空间268

E.7 对比结果269

E.7.1 基础负载电力供给269

E.7.2 非基础负载的能源供给272

E.7.3 能量回收时间——主要的有效性因素273

E.8 结论275

参考文献276

附录F URSI十个科学委员会及其关注领域279

F.1 委员会A：电磁方法、电磁测量与标准279

F.2 委员会B：场和波，电磁理论和应用279

F.3 委员会C：无线电通信系统与信号处理280

F.4 委员会D：电子学与光子学280

F.5 委员会E：电磁噪声与干扰280

F.6 委员会F：波的传输和遥感（行星大气、表面和浅表层）281

F.7 委员会G：电离层无线电和传播（包括电离层通信和电离介质的遥感）281

F.8 委员会H：在等离子体中的波（包括空间和实验室等离子体）282

F.9 委员会J：射电天文（包括天体的遥感）282

F.10 委员会K：生物学和医学中的电磁问题282

英文缩写词283