(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙発電システムであって、該宇宙発電システムが、以下：
宇宙空間にある複数の発電システム要素であって、該複数の発電システム要素が、宇宙空間にある１つの発電システム要素から太陽光線を受容し、宇宙空間にある別の発電システム要素に該太陽光線を伝送する、宇宙空間にある少なくとも１つの中間発電システム要素を備える、複数の発電システム要素と、
分散制御システムであって、該宇宙空間にあるそれぞれの発電システム要素が、該分散制御システムの制御システム構成要素を備える、分散制御システムと、を含み、
該複数の発電システム要素のうちの１つ以上の該要素は、自由に漂っている該１つ以上の発電システム要素が別の発電システム要素に結合又は係留されないように、宇宙空間に自由に漂っており、また該複数の発電システム要素は、太陽光線を捕集し、該捕集された太陽光線から電気エネルギーを発生させ、さらに該電気エネルギーを所定場所へ伝送するための形態に変換することができるように配置されており、
該分散制御システムは、隣接する発電システム要素の制御システム構成要素間の連絡に基づいて、１つ以上の該自由に漂っている発電システム要素の配列を維持する、
宇宙発電システム。
【請求項２】
前記複数の要素は、鏡を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記鏡は、該鏡上の光子圧力を低減させる光学コーティングを含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記所定場所は、惑星を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記複数の要素は、
主鏡と、
第１の中間鏡であって、該主鏡は、太陽光線を該中間鏡の方へ反射する、第１の中間鏡と、
発電モジュールであって、該第１の中間鏡は、太陽光線を該発電モジュールの方へ向け、該発電モジュールは、電気エネルギーを発生させる、発電モジュールと、
エミッタと、
反射鏡と、
を含み、
該エミッタは、該発生された電気エネルギーを伝送可能な形態に変換し、該変換されたエネルギーは、該反射鏡に供給され、該反射鏡は、該変換されたエネルギーを該所定場所にある受信装置へ伝送するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記システムは、第２の中間鏡をさらに含み、前記主鏡は、太陽光線を前記第１の中間鏡の方へ反射し、また該第１の中間鏡は、該太陽光線を該第２の中間鏡の方へ反射し、さらに該第２の中間鏡は、太陽光線を前記発電モジュールの方へ反射する、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記中間鏡は、前記主鏡の前記配向を追尾し、このため、該中間鏡および主鏡は、相互にかつ前記太陽に位置合わせされたままの状態になる、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記発電モジュールが光起電モジュールを含み、該光起電モジュールの太陽電池は、前記エミッタと同じ場所に配置されている、請求項５に記載のシステム。
【請求項９】
前記変換されたエネルギーは、無線周波数エネルギーまたは光エネルギーを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記制御システムは、宇宙空間において自由に漂っている前記複数の要素すべての前記配列を維持する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記制御システムのすべてが、宇宙空間に置かれている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記制御システムの特定の構成要素が、地球上に置かれている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記制御システムは、関連する発電システム要素を移動させるための変位要素を含み、該変位要素を前記分散制御システムによって選択的に作動させることにより、宇宙空間にある発電システム要素の配列を調整する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記制御システムは、複数のセンサーを含み、２つの要素のセンサーのデータを比較して該２つの要素が適切に配列されているか否かを判断する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記要素は、太陽風によって該要素の前記配列が調整されるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記発電システム要素は、静電気力によって該発電システム要素の前記配列が調整されるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記複数の要素は、直接放射型アレイアンテナまたは位相アレイアンテナを含み、該アンテナは、前記電気エネルギーを前記所定場所へ伝送する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記発電システム要素のうちのすべての要素は、宇宙空間にある、請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
一種以上の発電システム要素が、選択された波長の入射太陽光を反射する、請求項１に記載のシステム。
【請求項２０】
前記制御システムが、宇宙空間において自由に漂っている複数の発電システム要素の光学的な配列を維持する、請求項１に記載のシステム。
【請求項２１】
宇宙発電システムであって、以下：
宇宙空間にある複数の発電システム要素であって、該複数の要素は、
主鏡と、
中間鏡であって、該主鏡は、太陽光線を該中間鏡の方へ向ける、中間鏡と、
発電モジュールであって、該中間鏡は、太陽光線を該発電モジュールの方へ向け、該発電モジュールは、直流電気を発電する、発電モジュールと、
エミッタであって、該エミッタは、該直流電気をＲＦまたは光エネルギーに変換する、エミッタと、
反射鏡であって、該エミッタは、該ＲＦまたは光エネルギーを該反射鏡の方へ向け、さらに該反射鏡は、該ＲＦまたは光エネルギーを所定場所にある受信装置の方へ向ける、反射鏡と、
を含む発電システム要素、および
分散制御システムであって、
複数のセンサーと、
複数の変位部材と、
を含む分散制御システム
を含み、
該複数の発電システム要素のうちの１つ以上の要素は、自由に漂っている該１つ以上の発電システム要素が別の発電システム要素に結合又は係留されないように、宇宙空間において自由に漂っており、宇宙空間にある各それぞれの発電システム要素は、センサーおよび変位要素を含み、該制御システムは、センサーデータに呼応して変位部材を選択的に作動させることによって宇宙空間にある該自由に漂っている１つ以上の発電システム要素の配列を維持している、宇宙発電システム。
【請求項２２】
前記発電システム要素のうちのすべての要素が、宇宙空間にある、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記制御システムが、宇宙空間において自由に漂っている複数の発電システム要素の光学的な配列を維持する、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
宇宙空間で発電し、該発電された電力を所定場所へ伝送するように発電システム要素を配列する方法であって、該方法は、
複数の発電システム要素および分散制御システムを宇宙空間に打ち上げ、自由に漂っている該１つ以上の発電システム要素が別の発電システム要素に結合又は係留されないように、該複数の発電システム要素のうちの１つ以上の発電システム要素を宇宙空間に自由に漂わせる工程であって、該分散制御システムが、各発電システム要素が制御システム要素を有するように、宇宙空間にある該複数の発電システム要素上に構成要素を備える工程と、
宇宙空間に該複数の発電システム要素を位置付ける工程であって、該複数の発電システム要素が、宇宙空間にある１つの発電システム要素から太陽光線を受容し、宇宙空間にある別の発電システム要素に該太陽光線を伝送する、宇宙空間にある少なくとも１つの中間発電システム要素を備える、工程と、
隣接する発電システム要素の制御システム構成要素間の連絡に基づいて、該分散制御システムを使って該自由に漂っている発電システム要素の配列を維持し、これにより、
太陽光線を捕集し、
該捕集された太陽光線から電気エネルギーを発生させ、さらに
該電気エネルギーを該所定場所へ伝送するための適切な形態に変換することができるように該発電システム要素を構成する工程と、
を含む、方法。
【請求項２５】
前記発電システム要素のうちのすべての要素は、宇宙空間にある、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記制御システムが、宇宙空間において自由に漂っている複数の発電システム要素の光学的な配列を維持する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
宇宙空間における前記発電システム要素の大多数が自由に漂っている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２８】
宇宙空間における前記発電システム要素の大多数が自由に漂っている、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２９】
宇宙空間における前記発電システム要素の大多数が自由に漂っている、請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
前記少なくとも１つの中間発電システム要素が、前記少なくとも１つの中間発電システム要素が別の発電システム要素に結合又は係留されないように、宇宙空間において自由に漂っている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３１】
前記中間鏡が、前記中間鏡が別の発電システム要素に結合又は係留されないように、宇宙空間において自由に漂っている、請求項２１に記載のシステム。
【請求項３２】
前記少なくとも１つの中間発電システム要素が、前記少なくとも１つの中間発電システム要素が別の発電システム要素に結合又は係留されないように、宇宙空間において自由に漂っている、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、合衆国法典第３５編１１９条に基づき２００２年１１月２６日に出願した米国仮特許出願第６０／４２８，９２８号の優先権を主張するものであり、上記仮特許出願の開示は、その全体に言及することによって本明細書の一部となる。
【０００２】
発明の分野
本発明は、発電システムに関し、さらに詳しくは、配列が可能な自由に漂っている構成要素を有する宇宙発電システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
先行技術の記載
宇宙発電システムは、太陽の放射電力または太陽フラックスを使用してエネルギーを発生させる。太陽の太陽定数またはフラックスは、地球軌道上で約１．４ｋＷ／ｍ２である。たとえば、地球静止軌道すなわちＧＥＯ（地球から２２，４００マイルすなわち３６，０００ｋｍ）上では、太陽発電衛星システムは、ほとんど連続的に太陽光線に浸されている。
【０００４】
宇宙発電システム上の太陽電池、太陽光変換装置、および原子力装置は、直流（ＤＣ）電気を発電し、直流電気は、伝送周波数、たとえば、無線周波数、極超短波周波数、およびレーザー周波数に変換される。たとえば、無線周波数（ＲＦ）および極超短波の場合、発電された電気は、変換装置、たとえば、マグネトロンを通して電力に変換され、アンテナによって集束される。集束されたエネルギーは、受信装置に向けられ、受信アンテナ（「レクテナ」）は、電力ビームを直流電気に変換する。直流電気は、交流（ＡＣ）電気に変換され、交流電気は、電力グリッドへ伝送され、需要家に分配される。
【０００５】
この結果、太陽定数の何パーセントかは、使用可能な電気に変換される。たとえば、変換効率４０パーセントを有する１平方メートルの太陽電池アレイは、約５６０ワットの電力を作り出すことができる。百万平方メートルすなわち１平方キロメートルの４０パーセント効率太陽電池アレイは、約５６０メガワット（ＭＷ）の電力を発生させることができる。
【０００６】
太陽エネルギーを利用するという構想は、最初１９６０年代に開発された。１９７０年代および１９８０年代においては、ＮＡＳＡおよび米国エネルギー省が人工衛星システム研究を行ったが、これらのシステムは、効率が低く費用がかかるため、有効性がないものとされた。１９９０年代においては、ＮＡＳＡは、さらなる研究を行い、さまざまな軌道上に新構想を開発した。その新システムは、初期の研究に対しては進歩が見られたが、現行の構想は、まだ経済的に実行可能ではない。
【０００７】
典型的な宇宙発電システムは、エネルギー変換および無線式伝送サブシステムに対する発電サブシステムを備えている。光電池を使っている周知のシステムは、一般に大型太陽電池アレイを利用して、太陽エネルギーを電気に変換している。一般的には、接続構造体を使用して、システム構成要素の相対位置を正確に維持している。
【０００８】
したがって、従来の宇宙発電システムを改善することが可能である。とりわけ、発電システム構成要素の間の接続構造体は、システムの重量を軽くするために、低減または排除することができる。従来のシステムにおいては、接続構造体がシステム重量の大部分を構成しているとおもわれる。たとえば、いくつかの周知のシステムには、数キロメートルの長さと数百万メートルトンの重さがある接続構造体を備えた宇宙送信アンテナが利用されている。接続構造体の重量が過大なため、結果として打ち上げ費用が増大することになる。さらに、過大な重量によって、システム構成要素にひずみが生じ、システムの配列、動作、および性能が大きな影響を受ける可能性がある。したがって、電気的および機械的構成要素の重量は、採算がとれる実現可能な最大サイズのシステムを決める制限事項となる可能性がある。さらに、システム構成要素の配置、配向、および効率を改善することが可能であり、特に接続要素を用いて接続されていないシステム構成要素を改善することが可能である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明の要旨
１つの好ましい実施形態においては、宇宙発電システムは、複数の宇宙発電システム要素および制御システムを含む。１つ以上の発電システム要素は、宇宙空間に自由に漂っている。制御システムは、自由に漂っている要素の配列を維持している。複数の要素は、太陽光線を捕集することができるように配置されており、捕集された太陽光線から電気エネルギーが作り出され、さらにその電気エネルギーは、所定場所に伝送することができる形態に変換される。
【００１０】
別の好ましい実施形態においては、宇宙発電システムは、複数の宇宙発電システム要素および制御システムを含む。複数の発電システム要素のうちの１つ以上の要素は、宇宙空間に自由に漂っている。発電システム要素は、主鏡、中間鏡、発電モジュール、エミッタ、および反射鏡を含む。主鏡は、太陽光線を中間鏡に向ける。中間鏡は、太陽光線を発電モジュールに向け、発電モジュールは、直流電気を発電する。エミッタは、直流電気をＲＦまたは光エネルギーに変換し、反射鏡は、ＲＦまたは光エネルギーを所定場所にある受信装置へ伝送する。制御システムは、複数のセンサーおよび複数の変位要素を含む。宇宙空間にある各要素は、センサーおよび変位要素を含み、制御システムは、センサーデータに呼応して変位要素を選択的に作動させることによって、宇宙空間にある自由に漂っている要素の配列を維持する。
【００１１】
さらなる好ましい実施形態は、宇宙空間で発電し、その発電された電力を所定場所へ伝送することができるように発電システム要素を配列する方法に向けられている。その好ましい実施形態は、複数の要素および制御システムを宇宙空間に打ち上げ、複数の要素のうちの１つ以上の要素を宇宙空間に自由に漂わせる工程と、宇宙空間にそれらの要素を位置付ける工程と、制御システムを使って自由に漂っている要素の配列を維持し、これにより、太陽光線を捕集し、捕集された太陽光線から電気エネルギーを発生させ、さらに電気エネルギーを所定場所へ適切に伝送することができる形態に変換することができるように発電システム要素を構成する工程と、を含む。
【００１２】
システムおよび方法の好ましい実施形態においては、発電システム要素は、さまざまな鏡および鏡構成、たとえば、折りたたみ鏡、球形鏡、膨張式管または膜で支持された鏡、光子圧を低減させることができる光学コーティングまたは鏡形状を維持することができる光学コーティングが施された鏡を備えることができる。発電システム要素は、主鏡、第１の中間鏡、発電モジュール、エミッタ、および反射鏡を備えることができる。第１の中間鏡は、太陽光線を発電モジュールに向け、発電モジュールは、電気エネルギーを発生させる。エミッタは、発生された電気エネルギーを伝送可能な形態に変換し、それを反射鏡へ送り、反射鏡は、その変換されたエネルギーを所定場所にある受信装置へ伝送する。また、システムおよび方法の好ましい実施形態の場合、集光装置を用いて中間鏡からの太陽光線を発電モジュール上に集束させることができる。
【００１３】
システムおよび方法の好ましい実施形態では、さまざまな発電モジュール、たとえば、光起電式および熱電式の発電モジュールを利用することができる。光起電モジュールの場合、太陽電池をエミッタと同一場所に配置することができる。変換されたエネルギーすなわち伝送されるエネルギーは、無線周波数または光エネルギーであってもよい。
【００１４】
システムおよび方法の好ましい実施形態における制御システムでは、１つ以上のシステム要素の配列は、それら要素の位置、配向を調整することによって調整することができる。システムは、複数のセンサー、たとえば、アレイセンサーまたは距離センサーを含む。２つの要素のセンサーからのデータを比較し、２つの要素が適切に配列されて許容可能な距離に置かれているかどうかを、たとえば、レーダー、ライダー、干渉縞、太陽風、静電気力を使って判断する。また、要素の配列をも調整する。制御システムは、変位要素、たとえば、スラスターを備え、システム構成要素の配列を調整することができる。また、システムおよび方法の好ましい実施形態においては、さまざまな多数の要素、たとえば、大部分の要素またはすべての要素は、宇宙空間に自由に漂っている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
発明を実施するための最良の形態
配列が可能な１つ以上の自由に漂っているまたは自由に飛んでいるシステム構成要素をともなう宇宙発電システムの好ましい実施形態を今から説明する。好ましい実施形態は、システム構成要素の間の接続構造体を実質的に低減または排除する一方、自由に漂っているシステム構成要素の配列および位置決めに対して備えられた制御システムを使って配列することが可能な構成要素を含む。
【００１６】
図１Ａを説明すれば、宇宙発電システム「Ｓ」の１つの好ましい実施形態は、発電および伝送の構成要素を含む。システムの１つの好ましい実施形態は、軸３の周りを回る主鏡すなわち光捕集鏡２、中間鏡４および５、集光装置６を備えたパネル１１、太陽電池７を備えた光起電モジュールまたは発電モジュール８、伝送フィーダまたはエミッタ９、および、たとえば、反射板すなわち出力鏡１０および１つ以上の他の必要とされる鏡を含むことができる伝送サブシステムを含む。制御システム１３は、発電システム構成要素の形状、位置、配向、および配列を調整する。
【００１７】
本明細書は、一般に、説明の便宜上、システム構成要素の配列の調整について説明するが、この配列は、システム構成要素の配列に影響を与える可能性のある形状、位置、配向、および他の調整を含むことができる。システム要素を配置することにより、太陽光線を捕集し、捕集された太陽光線から電気エネルギーを発生させ、その電気エネルギーを所定場所１５にある受信装置１４へ伝送することができる形態に変換することができるようになる。
【００１８】
さらに詳細に述べれば、太陽光線１が主鏡２に当るように、システム構成要素を位置付ける。たとえば、主鏡２は、ほぼ球形鏡であってもよい。主鏡２は、たとえば、約１ｋｍ〜約２ｋｍの直径を有するさまざまなサイズであってもよい。主鏡（および後述の他の鏡）は、構造体によって支持されてもよい。たとえば、図２Ａ〜Ｂを説明すれば、膨張式ことができる管または円環体（一般に２４）で鏡２を支持することができる。管２４は、化学薬品またはガス空気タンクまたは他の膨張システムを使用して膨張させることができる。
【００１９】
図２および３を説明すれば、主鏡２の１つの好ましい実施形態は、基材２０、たとえば、１つ以上の薄膜すなわち光学コーティング２２で覆われた樹脂基材を含む。光学コーティングは、太陽電池７が最も適切に使用することができる太陽光線１の部分（たとえば、特定の波長）を選択して反射する。選択して反射することによって、鏡２上で光子力も低減される。技術分野の当業者には明らかなように、さまざまな鏡構成および反射率および太陽電池の要求事項に対してさまざまな適切な基材とコーティングの組み合わせを利用することができる。
【００２０】
再び図１Ａを説明すれば、太陽光線１は、主鏡２によって、第１の中間鏡４、たとえば、平らな折りたたみ鏡の方へ反射される。鏡４は、主鏡２の配向を追尾し、これにより、２つの鏡２および４は、配列された状態のままになる。第１の折りたたみ鏡４は、入射太陽光線１を第２の中間鏡５、たとえば、折りたたみ鏡上へ反射する。第２の折りたたみ鏡５は、第１の鏡４と同様であってもよいし、または他の適切な設計が施されてもよい。
【００２１】
たとえば、図４Ａ〜Ｄを説明すれば、宇宙発電システム内の鏡は、樹脂基材４０とコーティング４２、たとえば、主鏡２上のコーティング２２と同じコーティングを含む平らな鏡であってもよい。たとえば、鏡２、４、および５上に同じコーティングを施すと、太陽電池７上の熱負荷が低減する。コーティング４２は、また折りたたみ鏡上の太陽光線の光子圧も低減させる。コーティングの機械的残留応力は、太陽光線の光子圧を抑制するのに必要な値に設定することができ、さらに光学的に平らな表面を維持することもできる。図４は、鏡は、また膨らまして使用することができる支持体４４も含むことができることを示している。
【００２２】
再び図１Ａを説明すれば、鏡４は、軸３の周りを回転し、鏡５は、集光装置６を追尾している。適切な操作によって、第１の折りたたみ鏡４は、入射太陽光線１を第２の折りたたみ鏡５の上に反射する。第２の鏡５は、１つ以上の集光装置６、たとえば、非結像集光装置へ光を反射する。集光装置６は、第２の折りたたみ鏡５から受信した太陽光線１の反射ビーム内にある空間的むらを拡大し平滑化する。集光装置６の出力は、ＲＦまたは光の発電モジュール８の太陽電池７の方へ向けられる。集光装置を使うことにより、太陽電池ウエハー全体を利用することができ、より効率的にエネルギーを生産することができるようになる。
【００２３】
集光装置６のさまざまな焦点距離を使うことによって、太陽電池７または他の変換装置上に太陽光線の正確な増幅を得ることができる。たとえば、太陽は、一般に、１天文単位（太陽から地球までの距離）において約０．５度の角度で内在している。したがって、たとえば、焦点の大きさは、システムの焦点距離の０．００８７３倍となる可能性がある。
【００２４】
技術分野の当業者には明らかなように、さまざまな発電モジュールをさまざまな好ましい実施形態およびシステムに対して利用することが可能である。たとえば、図に示すとおり、発電モジュールは、太陽電池を利用した光電式発電モジュールである。他の発電モジュールは、タービン、熱機関、および原子力の供給源を含む。さらに別の発電モジュールは、熱電モジュールである。熱電モジュールは、温度傾斜、たとえば、暖かい前面および冷たい裏面を利用して、２つの表面の境目に電気を発生させる。説明と図の便宜上、これらに限定されるものではないが、本明細書においては、太陽電池７を備えた光電式発電モジュールについて説明する。
【００２５】
１つの好ましい実施形態においては、太陽電池７は、発電モジュール８の入力電極付近に搭載されている。したがって、太陽電池７から発電モジュール８への電気ケーブルは不要である。これらの連結器を排除することにより、システムの質量が低減される。さらに、接続ケーブル内の抵抗加熱（Ｉ２Ｒ）による電力損失を低減または排除することにより、システム内の電力損失が低減される。この配置により、特に構成要素の連結器に関連する他の構成要素、たとえば、絶縁体も不要になる。これらの構成要素を排除することにより、発電モジュールの重量、太陽電池の性能向上、および太陽電池のコストダウンも緩和される。
【００２６】
太陽電池７の間隔をあけた配置によっても、熱を熱板１１へ伝え、宇宙空間へ放熱することができる。さらに集光装置６は、各ＲＦまたは光の発電モジュール８に対する専用の太陽電池７を備えている。このように、集光装置には、入射太陽光線１を効率よく使用するための配慮がなされている。この配置は、また太陽電池がエネルギー変換装置と同じ場所に配置されているので、有利でもあり、したがって、これらの構成要素の間にある連結器の長さを低減することまたは連結器を排除することができる。これらの構成要素を同じ場所に配置することは、接続構造体を使用している一般的な周知のシステムにおいては、実行不可能である。なぜなら、ＲＦまたは光電部分は、地球上にある需要家の変電所に向けられた状態のままで、同時に集光装置は、太陽を追尾しなければならないからである。
【００２７】
折りたたみ鏡５をともなう集光装置６によって、太陽電池７は、宇宙空間の直視からさえぎられるので、太陽電池７は保護される。さらに詳しくは、太陽電池は、発電モジュール上に搭載され、集光装置は、太陽電池の上方に取り付けられているので、入射太陽光線上に集中している小さい立体角を除いて、太陽電池は、宇宙空間の直視からさえぎられている。第２の折りたたみ鏡は、この最終方向で遮蔽体として機能し、これにより、太陽電池は、全方向においてさえぎられることになり、太陽電池保護スリップ（たとえば、ガラス）および他の保護覆いは、不要となる。その結果として、発電システムの重量は、これらの構成要素を排除することによってさらに低減される。
【００２８】
太陽電池７によって発電されたＤＣ電力は、ＲＦまたは光の発電モジュール８によって伝送可能な形態、たとえば、ＲＦまたは光電力に変換される。ＲＦまたは光電力は、ＲＦ送り装置または光エミッター９によってＲＦ反射板、出力鏡１０（一般に反射板１０）、または直接所定場所へ放射される。たとえば、ＲＦ送り装置または光エミッター９を直接放射型アレイまたは位相アレイアンテナ１９（図１Ｅ）内に配置することができるので、反射板１０を不要にすることができる。太陽電池７、発電モジュール８、およびＲＦ送り装置または光エミッター９からの排熱は、熱板１１によって宇宙空間に放射される。
【００２９】
反射板１０は、コーティングまたは入射表面が電力を地球または他の所定場所またはステーションの方へ反射し、太陽光線を伝送するように構成されている。太陽光線１を伝送することにより、反射板１０上の光子圧は、低減またはほとんど排除される。反射板１０は、主鏡２と同じ大きさであってもよいので、光子圧が減少すれば、反射板１０の静止位置保持に必要とされる燃料に著しい減少をもたらすことになる。しかしながら、主鏡２の場合と同様に、電力を反射し、太陽光線１を伝送するコーティングの機械的残留ひずみを設定すれば、残留光子圧を使用して反射表面の形状を正確に維持することが可能になる。この処理によって、反射板１０の重量を、たとえば、最高約６６パーセント以上低減させることができる。一方、光学鏡１０は、コーティングが望ましい光波長を反射し、好ましくない太陽輻射を伝送するように構成されている。
【００３０】
反射板すなわち鏡１０によって反射されたＲＦまたは光電力１２は、一般に、集束され、地球上または他の任意の場所１５に設置された地上アンテナまたは光捕集器１４に向けられる回折限界ビームであってもよい。アンテナまたは光捕集器にある組になったＲＦ／光センサーは、ビーム波形の形状および視程を測定する。フィードバック回路１７は、受信ビームの様相を計算し、制御信号を制御システムに返送し、１つ以上の構成要素の配列を調整し、たとえば、構成要素の形状、位置、または配向を調整する。
【００３１】
たとえば、エミッタ９と反射板１０が適正に配列されていない場合、これらの構成要素の１つまたは両方を調整し、これにより、反射板１０から反射されたビーム１２を受信アンテナ１４の方へ向けることができる。さらなる例としては、エミッタ９の形状を調整することができる。
【００３２】
近接制御システム１３または独立した制御システムは、さまざまな発電システム構成要素、たとえば、主鏡すなわち伝送鏡、中間鏡、たとえば、折りたたみ鏡、反射板、副反射板、およびアンテナ送り装置の配列の調整に使用される。制御システムは、また伝送された電磁波の波先の形状を維持することもできる。制御システムが実行できる他の機能には、活発な鏡制御、位相共役、および活発なアンテナ制御が含まれる。
【００３３】
１つの好ましい実施形態においては、制御システム１３は、センサーシステムおよび変位システムを含み、センサーデータに呼応して１つ以上のシステム構成要素の配列を調整することができる。技術分野の当業者には明らかなように、宇宙発電システムは、さまざまな数の自由に漂っているシステム要素を有することができる。たとえば、１つ以上の要素、ほとんどの要素、またはすべての要素は、宇宙空間で自由に漂っていてもよい。制御システムは、自由に漂っている要素および自由に漂っていない（たとえば、他の要素につながれている）要素の配列を調整することができる。しかしながら、本明細書では、説明の便宜上、これらに限定されるものではないが、自由に漂っている発電システム要素を配列する制御システムについて説明する。たとえば、制御システム要素またはレーダーセンサーおよびライダーセンサーといったセンサーからのデータによって、複数の構成要素の配列を示すことができる。変位システムは、１つ以上のスラスター要素を含むことができるので、センサーデータに呼応してスラスター要素を作動または作動停止させることができる。
【００３４】
図１Ａを説明すれば、１つの好ましい実施形態において、近接制御システムは、宇宙空間に配置され、一般に、各発電システム構成要素２、４、５、８、および１０上に、制御ユニットまたはセンサー２ａ、ｂ（普通２ａ）、４ａ、ｂ（普通４ａ）、５ａ，ｂ（普通５ａ）、８ａ，ｂ（普通８ａ）、１０ａ、ｂ（普通１０ａ）、およびスラスター２ｄ，ｅ（普通２ｄ）、４ｄ，ｅ（普通４ｄ）、５ｄ，ｅ（普通５ｄ）、８ｄ，ｅ（普通８ｄ）、および１０ｄ，ｅ（普通１０ｄ）を含む。図１Ａに示す好ましい実施形態は、近接制御システム構成要素のさまざまな数と位置付けを利用しているさまざまな近接制御構成の単なる図である。
【００３５】
たとえば、図１Ｂ〜Ｄを説明すれば、別の好ましい実施形態において、主鏡２は、４つのセンサーを含み、中間鏡４および５は、８つのセンサーを含む。図１Ｃおよび１Ｄは、１つの可能なセンサー配置を示す断面図である。例示の好ましい実施形態においては、主鏡２上の４つの近接制御システムセンサー２ａおよび対応する鏡４上の４つのセンサー４ａは、相互に直視または通信することができるように配置されている。同様に、鏡４上のその他の４つの近接制御システムセンサー４ａおよび対応する鏡５上の４つのセンサー５ａは、相互に通信することができるように配置されている。鏡５上のその他の４つのユニット５ａおよび発電モジュール８上の４つのユニット８ａは、相互に通信することができるように配置されている。そのうえ、エミッタ９上の４つのユニット９ａおよび反射板１０上の４つのユニット１０ａは、相互に通信することができるように配置されている。
【００３６】
この構成の場合は、３つのセンサーユニットを利用すると同時にグループ内の第４のユニットをバックアップユニットとして機能させることができる。第４のユニットは、また他のユニットの異常動作を解消するためにも使用することができる。さらに、１つのセンサーユニットしか利用しない場合は、他の３つのユニットを第１ユニットの交差検査に使用することができる。
【００３７】
したがって、例示の好ましい実施形態においては、制御システムは、隣接の要素、すなわち、太陽光線または他の信号を反射または受信することによって相互に通信している要素、のセンサー間の通信に基づいて調整を行う。たとえば、主鏡２、折りたたみ鏡４および５、光起電モジュール８、および反射板１０は、すべてセンサーを含むことができる。鏡２および４上のセンサーは、相互に通信し、鏡４および５上のセンサーは、相互に通信し、鏡５上のセンサーおよび光起電モジュール８は、相互に通信し、さらに光起電モジュール８上のセンサーおよび反射板１０は、相互に通信する。制御回路は、前述の対になった構成要素の配列に基づいてシステム構成要素を調整するように構成されている。システム構成要素の他の数および組み合わせの配列に基づいて調整することもできる。
【００３８】
したがって、たとえば、鏡２と４の間のセンサーデータに呼応して、鏡４上のスラスターを作動（または作動停止）させ、鏡２に対して鏡４を再配列することができる。同様に、鏡２上のスラスターも作動（作動停止）することができる。１つのシステム構成要素を再配列した後、１つ以上の他のシステム構成要素も再位置付けすることができるので、システム全体の配列を適切に維持することができる。地球または他の惑星、本体またはステーション上の監視システムもまたシステム構成要素の配列を監視し変更することができる。
【００３９】
１つの好ましい実施形態においては、近接制御システム１３には、補完的かつ二重化位置計測装置、たとえば、立体カメラ、変調レーザーダイオード、およびレーザーが使用されている。たとえば、レーザーで光コヒーレントビームの閉ループを形成すれば、システム構成要素の相対的な位置および配向の変化によって、各ループ検出器において干渉縞に変化を発生させることができる。システム内の相対的な動きもまた光線のドップラー偏移をもたらすので、動きの方向を割り出すことが可能になる。これらの変化および偏移を使えば、発電システム構成要素の相対位置を、たとえば、１ミリメートル未満の精度で維持することが可能になる。
【００４０】
別の好ましい実施形態においては、多重のリトロリフレクターおよび光学的標的を２つの集光装置の周縁に置き、能動制御および受動制御に使用している。レーザー発信装置／受信装置および光センサーを発電モジュール上に設置し、第１の折りたたみ鏡によって、これらの構造体の位置および配向を監視することができる。光センサーによって、立体画像を使用して精密な配向および近接範囲を測定することができる。
【００４１】
レーザー光線、たとえば、変調連続発振（ＣＷ）レーザー光線をリトロリフレクターから反射することができる。反射された光線の位相を発信された光線の位相と比較することができる。パルスレーザー光線をリトロリフレクターから反射することができ、その飛行時間を測定することによって、個別の範囲を算出することができる。また、組になった高度なコヒーレントＣＷレーザー光線をリトロリフレクターから反射することもでき、干渉計を使用して、発信された光線と比較することができる。
【００４２】
１つの干渉縞の変化は、レーザー輝線の４分の１波長の帯域内にある変化に相当する可能性がある。ホモダイン検波法を使えば、光線のドップラー偏移によって、帯域変化の速度に比例するうなり周波数を発生させることができる。レーザー光は、極超短波なので、毎秒１ミリメートルの速度を測定することができる。したがって、近接制御システムによって、位置および径方向速度を同時に測定することができる。さらに、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラまたはステレオカメラを使用すれば、隣接システム構成要素の立体知覚を使う空間と角度の測定値および範囲を得ることができる。また、これらの装置を使用すれば、システム要素をそれらの初期の（近似の）位置に移動させることもできる。
【００４３】
別の好ましい実施形態においては、近接制御システム１３は、第１に太陽風を使い、第２にイオンスラスターおよび静電気力を使って、発電システム要素の位置および配向を正確に維持する。反射板および折りたたみ鏡は、それらの周縁上にパドル状の構造体を備えることができる。パドルのハンドル部分は、径方向（鏡に対して）を向いているため、パドルを入射太陽光線に対して回転させることができる。パドルを適切に回転させることによって、トルクおよび力を反射板および折りたたみ鏡に伝えることができる。パドルによって排除されない残差は、イオンエンジンにより処理することができる。その上、そう遠くに離れていない自由に漂っている要素に対しては、着脱可能な擬似つなぎ綱によって、制限を設け、および／または斥力を働かせて、必要に応じて位置を維持することができる。したがって、本発明の好ましい実施形態は、システム構成要素の配列に対する接続構造体を排除または低減する一方、擬似つなぎ綱もまた、他の構成、用途、および支持に活用することができる。別の好ましい実施形態においては、近接制御システム１３は、たとえば、地球または他の天体の周回軌道を使用し、これにより、最も重いシステム要素によって消費される静止位置保持燃料を最小にすることができる。他の要素（たとえば、光またはＲＦシステムの折りたたみ鏡）は、集束、配列、視程などを維持することができるように配置されている。後者の要素は、比較的軽いので、システム全体で必要とされる静止位置保持燃料が低減される。この構成にもまた、発電モジュールに対する反射板の位置付けに優れた自由度が備わっている。いくつかの構成要素は、十分接近しているので、ケーブルでそれらをつなぐことができ、静電気斥力を使ってケーブルをピンと張った状態に保つことができる。
【００４４】
その上、必要な場合、構成要素は、距離センサーまたは測距センサーを備えることができる。たとえば、図１は、システム構成要素間の距離を検出する距離センサー２ｃ、４ｃ、５ｃ、８ｃ、１０ｃを示している。さまざまな形式および数の距離センサーを必要に応じて利用することができる。構成要素が許容範囲または軌道を外れた場合、１つ以上のスラスターを作動させ、その構成要素を許容範囲内に再配置することができる。
【００４５】
たとえば、変調レーザーダイオード距離計を使用すれば、送信範囲信号と受信範囲信号の変調位相を比較することによって、隣接するシステム構成要素との範囲を連続的に提供することができる。さらなる例としては、パルスレーザー距離計によれば、送信信号と受信信号の飛行時間を測定することによって、隣接するシステム構成要素との範囲を連続的に提供することができる。
【００４６】
図５〜１７は、自由に漂っている要素を有する発電システムの別の好ましい実施形態と、太陽光線を捕集し、処理し、電力を作り出す方法と、を示している。図１に示した制御システムセンサーおよびスラスターは、図５〜１７には示していないが、前述の構成要素は、また別の好ましい実施形態にも使用することができる。さらに、図５〜１７に示すシステムまたは構成要素の概要は、図１に示したシステムと同じか類似である。したがって、別の好ましい実施形態におけるＲＦまたは光エネルギーに関する詳細については、すべてを繰り返すことはしない。図１に例示の構成要素と同じか類似の別の好ましい実施形態の構成要素については、類似の参照番号で表示する。
【００４７】
図５について説明すれば、１つの好ましい実施形態において、宇宙発電システムは、放物線および双曲線形状レンズ、たとえば、カサグレイン光学システム、膨張式鏡、および膜支持要素を含むレンズシステムを含む。さらに詳しく述べれば、このシステムは、主鏡２、鏡５０、膜５０ａ〜ｄ、たとえば、透明な膜、第１の中間鏡４、集光装置６、太陽電池７、ＲＦまたは光の発電モジュール８、ＲＦ伝送送り装置または光エミッター９、および熱板１１（図１にあるとおり）を含むモジュール、第２の中間鏡５２、および反射板１０を含む。
【００４８】
鏡５０は、楕円体形状鏡であってもよく、４つの膜５０ａ〜ｄによって支持される。鏡２および１０は、２つの膜５０ａ〜ｂによって支持される。膜を使用すれば、適切なガス圧を使って鏡２、１０、および５０の形状を適切に維持することができる。鏡はまた、膨張式管または環（一般に２４）によって支持される。膨張式環は、打ち上げ以前は小さく折りたたまれており、いったん軌道に乗ればガスまたは化学空気タンクによって膨張させることができる。
【００４９】
太陽光線１は、鏡２によって焦点５３の方へ反射され、そこから太陽光線は、発散し鏡５０上に当る。鏡５０は、画像を折りたたみ鏡４の方へ集束光線を介して中継する。鏡４は、光起電モジュール８の太陽電池アレイ表面７上に向けてその光線をよりぼやけた拡大された焦点（たとえば、直径０．３４ｋｍ）に集束させる。
【００５０】
たとえば、１つの好ましい実施形態においては、太陽光線集光装置６の放物面は、直径約２．２５ｋｍ、焦点距離４．１２５ｋｍ、およびＦ数１．８であってもよい。同様に、マイクロウエーブの伝送に使用される放物面は、２．２５ｋｍの直径、５．９７５ｋｍの焦点距離、および２．６のＦ数であってもよい。これら両方の特定の事例においては、主鏡太陽光集光装置の第１の焦点５３における太陽の焦点サイズは、約３６メートルとなるであろう。
【００５１】
太陽電池７が発電するＤＣ電力は、ＲＦまたは光の発電モジュール８によってＲＦまたは光電力に変換される。発生されたエネルギービームは、より大きくぼやけたサイズにされて、アレイ表面の大きさに合致するように仕向けられ、ほぼ均等な照射を提供する。
【００５２】
光起電モジュール８から発するエネルギーは、折りたたみ鏡５２に向けられる。鏡５が太陽光線を反射するように構成されているのに対して、鏡５２は、ＲＦまたは光エネルギーを反射するように構成されていることを除けば、折りたたみ鏡５２は、折りたたみ鏡４または５と同じである。折りたたみ鏡５２は、エネルギーを、たとえば、放物線形状を有する反射鏡１０に向ける。そのエネルギーは、拡散する光線を介して鏡１０の放物面に到達し、さらに出力ビーム１２が所定場所、たとえば、地球または宇宙ステーションの方へ反射する。図５に示すとおり、このシステム内の鏡１０によって反射されるビーム１２は、本質的には平行ビームまたは回折限界ビームである。
【００５３】
図６は、図５に示したシステムと同じ光学システムを利用しているさらなる別の好ましい実施形態を示す。図６の好ましい実施形態においては、鏡は、２つの膜によって支持されているのに対して、鏡５０は、図１に示すとおり、４つの膜によって支持されている。
【００５４】
図７について説明すれば、宇宙発電システムの別の好ましい実施形態は、光学システム、たとえば、クーデ式光学システム、膨張式鏡、および４つの膜副要素を含む。構成要素は、太陽光線が届き、光起電モジュール８の太陽電池アレイ上に平行化されて収まるように構成されている。さらに、鏡１０は、その光線を図５および６に示すシステムに匹敵する地球表面上の「地点」またはより焦点が合った点の方へ反射する。
【００５５】
図８は、さらなる別の好ましい実施形態を示している。図８の好ましい実施形態は、図８に示すシステムが２つの膜５０ａ、ｂを利用して各鏡を支持していることを除いて、図７に示す構成と同じ構成を利用している。
【００５６】
図５〜８に示す好ましい実施形態は、他の好ましい実施形態が、たとえば、さまざまな膜システムおよび光学的構成要素を使用していることを除いて、図１Ａに示す好ましい実施形態と類似の方式で動いている。
【００５７】
前述の宇宙発電の集光、変換、および伝送のシステムには、集光および伝送の要素および変換モジュールが共通の回転軸を有しているという点で、連係と調和がはかられている。この配置によれば、各システムの送信要素と受信要素との間で、さまざまな「水平」角度を利用することが可能になるので、さまざまな季節の軌道状況を通じて１つの要素を太陽に向けかつ１つの要素を地球に向けることができるようになる。さらに、一方の要素の光軸面が他方の要素の光軸の周りをさらに回転することによって、発信装置の「垂直」軸を地球上にあるさまざまな場所に正確に向けることができると同時に、光捕集器を太陽に向けて保持することが可能になる。
【００５８】
図９〜１０は、発電サブシステムの好ましい実施形態を示している。無線伝送サブシステム構成要素は、図９および１０に示されていないが、前述のサブシステムならびに図１２および１３に示すサブシステムを含むさまざまな伝送サブシステムを利用することができる。
【００５９】
図９および１０の発電サブシステムの好ましい実施形態は、膨張式鏡、膜、および多重集光装置を含む。特に、この好ましい実施形態は、反射鏡２と、対になった鏡５０と、中間鏡４と、集光装置６、太陽電池７、ＲＦまたは光の発電モジュール８、ＲＦ伝送送り装置または光エミッター８、および熱板１１（図１に例示のとおり）を備えた対になったモジュールと、を含む。図９に示す好ましい実施形態内の鏡５０は、両方とも４つの支持膜５０ａ〜ｄで支持されているのに対して、図１０に示す好ましい実施形態内の鏡５０は、２つの支持膜５０ａ、ｂで支持されている。両方の好ましい実施形態においては、鏡２は、２つの支持膜５０ａ、ｂを含み、一方の鏡５０は、他方の鏡５０より大きい、また、一方のモジュール（６，７，８，９，１１）は、第２のモジュールより大きい。太陽電池によって発電されたＤＣ電気およびエミッタ８による出力は、前述のとおり処理される。
【００６０】
図１１について説明すれば、別の好ましい実施形態においては、集光装置なしで発電サブシステムを構成することができる。したがって、光起電モジュール８、エミッタ９、反射板１０、およびパネル構成要素をともに一体化し、電力ケーブル１１０および電気スリップリング１１２または他の適切な連結器によって太陽電池７に接続することができる。太陽光線が太陽電池の上に入射すると、太陽電池によって発電されたＤＣ電気は、ケーブル１１０を介してモジュール（８、９、１０、１１）に供給される。モジュールは、ＤＣ電気をＲＦまたは光電力に変換し、さらにエミッタ９は、ＲＦまたは光電力出力を位相アレイアンテナ１９に供給する。
【００６１】
図１２および１３は、発電サブシステムによって作り出されたＲＦまたは光エネルギーを伝送する無線伝送サブシステムの好ましい実施形態を示している。前述の発電サブシステムを含むさまざまな発電サブシステムを利用することができる。
【００６２】
図１２について説明すれば、伝送サブシステムの１つの好ましい実施形態は、出力ビーム１２の方向と直交する鏡４および集光装置システムを利用している。鏡４から反射された太陽光線は、２つの膜５０ａおよび５０ｂによって支持された膨張式鏡５０の方へ向けられる。鏡５０は、集光装置６、太陽電池７、光起電モジュール８、エミッタ９、およびパネル１１を備えたモジュールの方へ入射光線を反射する。太陽電池は、ＤＣ電気を発電し、ＤＣ電気は、エミッタ９によってＲＦまたは光電力に変換される。エミッタ９の出力は、反射板１０、たとえば、膨張式鏡の方へ向けられ、この鏡もまた膜で支持されており、さらに出力ビーム１２を反射する。
【００６３】
図１３に例示の好ましい実施形態は、ＲＦに対して構成され、ＲＦ鏡要素１３０を利用している。さらに詳しくは、要素１３０上に入射するＲＦは、集光装置６、太陽電池７、発電モジュール８、エミッタ９、およびパネル１１を備えたモジュールの方へ反射される。太陽電池７によって発電されたＤＣ電気は、発電モジュール８によってＲＦエネルギーに変換される。エミッタ９は、ＲＦエネルギーを鏡１０へ出力し、鏡１０は、出力ビーム１２を反射する。
【００６４】
図１４〜１７は、宇宙発電システム構成のさらなる好ましい実施形態を示している。たとえば、図１４は、第２の中間鏡を利用して太陽光線１を間接的に集光装置６の方へ反射するのではなく、単一鏡４が太陽光線を主鏡２から集光装置および太陽電池７へ直接反射するように配置された構成を示している。エミッタ９の出力は、反射板１０へ供給され、反射板１０は、出力ビーム１２を反射する。
【００６５】
図１５は、構成要素６、７、８、９、および１１を備えたモジュールを第１と第２の鏡４と５２との間に置いたことを除けば、図１に示す構成に類似の構成を示している。したがって、エミッタ９によるＲＦまたは光ビーム出力は、第２の鏡５２によって反射され、鏡５２は、そのビームを反射板１０の方へ反射し、反射板１０は、出力ビーム１２を発生させる。
【００６６】
図１６は、発電および無線のサブシステムそれぞれが２つの中間鏡、たとえば、折りたたみ鏡を含む構成を示している。さらに詳しくは、発電サブシステムは、主鏡２、および中間鏡４および５、たとえば、折りたたみ鏡を含む。太陽光線は、第２の鏡５から、ＤＣ電気を発電する太陽電池７を備えたモジュールの方へ反射される。エミッタは、ＤＣ電気をＲＦまたは光ビームに変換し、光ビームは、鏡５２へ出力され、鏡５２は、そのビームを鏡１６０の方へ反射する。鏡１６０は、そのビームを鏡１０の方へ反射し、鏡１０は、出力ビーム１２を反射する。
【００６７】
図１７は、発電および無線サブシステムそれぞれが３つの中間鏡すなわち折りたたみ鏡を含む構成を示している。さらに詳しくは、発電サブシステムは、中間鏡４、５、および１７０と、中間鏡５２、１７２、および１７４と、を含む伝送サブシステムを含む。入射太陽光線１は、鏡２から、鏡４へ、鏡５へ、鏡１７０へ、太陽電池７へと反射される。太陽電池は、ＤＣ電気を発電し、エミッタ９は、そのＤＣ電気をＲＦまたは光ビームに変換し、光ビームは、鏡５２へ出力され、鏡５２は、そのビームを鏡１７２へ、鏡１７４へ、さらに鏡１０へと反射し、鏡１０は、出力ビーム１２を発生させる。
【００６８】
宇宙発電システム、発電サブシステム、および伝送サブシステムのさまざまな様相および好ましい実施形態を説明してきたが、技術分野の当業者には明らかなように、記載し図示した好ましい実施形態は、周知のシステムにまさって有利である。
【００６９】
たとえば、システム構成要素間の接続構造体が排除され、それによってシステムの重量が著しく低減されている。さらに、自由に漂っているシステム要素は、剛性の接続構造体要素を使用することなく、配列されている。もっと正確に言えば、これらの要素は、近接制御システムを使って自由に飛行し、位置決めされ、配向されている。
【００７０】
その上、宇宙発電システムは、さまざまな発電所のサイズ、構成、および位置に適用することができる。たとえば、宇宙発電システムは、地球静止軌道（または対象となるあらゆる天体の回りに必要とするあらゆる他の軌道）上に位置する１ＧＷ発電所に適用することができる。
【００７１】
それに加えて、例示の好ましい実施形態の要素は、相互に独立している（たとえば、近接制御システムの制御下で自由飛行している物体である）ので、主要な構造体（太陽光線捕集器およびＲＦまたは光の伝送システム）については、システムで必要とされる静止位置保持燃料を最小にするように選択した軌道上に配置することができる。より小さい折りたたみ鏡については、他の軌道上を飛行させることにより、システム全体の配列および集束を維持することができる。
【００７２】
その上、要素は、近接制御システムの制御下で自由飛行しているので、要素が故障した場合は、所定位置から外し、代替要素を所定位置に移動させることができる。この自由度によって、軌道上のモジュール交換および費用のかさむ中断時間が必要になった場合、単純化ができる。故障したシステム要素もまた近傍の待機軌道上に置くことができ、これにより、将来、他の任務のために修理または使用が実施可能になった場合、それらを即座に利用することができることになる。
【００７３】
宇宙発電システムによって、宇宙空間に大規模な構造体を構築することも容易になり、とりわけ地球静止軌道上に発電所を構築することが実現可能になると同時に、通常重い接続構造体に依存している先行システムの欠点を克服することができる。大量の位置保持燃料または構造体を使用することなく、システム要素の位置決め、配向、および形状を正確に実施することができる。
【００７４】
システムは、コーティング２ａによって反射を設定することができるので、主鏡２上の光子圧を低減させることができるというさらなる利点を備えている。さらに詳しくは、コーティング内の機械的残留ひずみを設定すれば、太陽光線の光子圧を抑制し、光学的に平坦な表面を維持することができる。反射を設定することにより、主鏡上の太陽光線の光子圧を、たとえば、ほとんど５０パーセントまで低減させることができる。太陽電池７上の熱負荷をさらに低減させるためには、第１の折りたたみ鏡４が主鏡２と同じコーティングを有してもよい。
【００７５】
さらに、大型口径の光学装置を使用すれば、大型太陽電池アレイまたは多数の小型光捕集器の「ファーム」は、不要になる。それどころか、大型反射板によれば、はるかに小さな太陽電池アレイ上に太陽光線を捕集し集束させることが可能になる。
【００７６】
技術分野の当業者には明らかなように、さまざまなサイズ、材質、形状、および形態の光学要素を他のシステム構成に対して使用することが可能である。さらに、技術分野の当業者には明らかなように、好ましい実施形態は、ＲＦ、赤外線、および光周波数を含むさまざまな周波数を使用することが可能である。
【００７７】
システム構成要素は、また、さまざまな方法で組み合わせることも可能である。たとえば、構成要素を離ればなれに間隔をおいて配置し、それぞれの軌道上を飛行させることができる。そのとき、構成要素が向かっている方向を他のシステム構成要素との配列に対して調整することができる。
【００７８】
その上、好ましい実施形態は、別の場所および環境で利用することが可能である。たとえば、地球、月、他の惑星、宇宙ステーション、宇宙船、および人工衛星を含む、これらに限定されるものではないが、さまざまな宇宙および地球上の場所に電力を供給することができる。同様に、近接制御システムは、さまざまな場所、たとえば、地球、月、他の惑星、宇宙ステーション、宇宙船、および人工衛星から発電システム構成要素の位置を制御することができる。好ましい実施形態は、また、さまざまな数の鏡、膜、集光装置、および他の構成要素を用いて構成することができる。さらに、システムのさまざまな数の発電要素は、自由に漂っていてもよい。たとえば、特定の構成または用途にもよるが、小数の、大多数の、またはすべての発電システム構成要素は、自由に漂っていてもよく、または連結器なしであってもよい。
【００７９】
何らかの実体のない変更、改変、および置換を、添付の特許請求の範囲に列挙したとおり、本発明の範囲を逸脱することなく、記載した好ましい実施形態に対して実行することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
これから図面について説明する。類似の参照番号は、本明細書全体を通して対応する部品を意味している。
【図１−１】図１Ａは、自由に漂っている構成要素を備える宇宙発電システムの好ましい実施形態を示し、図１Ｂ〜Ｄは、発電システム構成要素の位置決めおよび配列を制御するシステムの好ましい実施形態を図示している。さらに、図１Ｅは、位相アレイアンテナを備えた別の好ましい実施形態を示している。
【図１−２】図１Ａは、自由に漂っている構成要素を備える宇宙発電システムの好ましい実施形態を示し、図１Ｂ〜Ｄは、発電システム構成要素の位置決めおよび配列を制御するシステムの好ましい実施形態を図示している。さらに、図１Ｅは、位相アレイアンテナを備えた別の好ましい実施形態を示している。
【図１−３】図１Ａは、自由に漂っている構成要素を備える宇宙発電システムの好ましい実施形態を示し、図１Ｂ〜Ｄは、発電システム構成要素の位置決めおよび配列を制御するシステムの好ましい実施形態を図示している。さらに、図１Ｅは、位相アレイアンテナを備えた別の好ましい実施形態を示している。
【図２】図２Ａ〜Ｂは、光捕集器すなわち主鏡の平面図および断面図を示す。
【図３】図３は、システムの鏡上に施されたコーティングの断面図である。
【図４】図４Ａ〜Ｄは、膨張式構造体によって支持された鏡のさまざまな図を示す。
【図５】図５は、膨張式鏡および膜要素を使った好ましい実施形態の図である。
【図６】図６は、膨張式鏡および膜要素を使った好ましい実施形態の図である。
【図７】図７は、膨張式鏡および膜要素を使った好ましい実施形態の図である。
【図８】図８は、膨張式鏡および膜要素を使ったさらなる好ましい実施形態の図である。
【図９】図９は、光電式発電モジュールおよび太陽光線集光装置を備えた発電サブシステムの好ましい実施形態の図である。
【図１０】図１０は、光電式発電モジュールおよび多重太陽光線集光装置を備えた好ましい実施形態の図である。
【図１１】図１１は、太陽電池と光起電モジュール構成要素とを接続する電力ケーブルを備えた発電サブシステムの好ましい実施形態の図である。
【図１２】図１２は、無線伝送システムの好ましい実施形態の図である。
【図１３】図１３は、無線伝送システムの別の好ましい実施形態の図である。
【図１４】図１４は、鏡と、反射鏡に直接出力を供給する発電モジュールと、を備えた宇宙発電システムの好ましい実施形態の図である。
【図１５】図１５は、中間鏡の間に配置された発電モジュールを有する宇宙発電システムの好ましい実施形態を示す。
【図１６】図１６は、発電サブシステムおよび伝送サブシステムのそれぞれ内に２つの中間鏡を有する宇宙発電システムの好ましい実施形態の図である。
【図１７】図１７は、発電サブシステムと伝送サブシステムのそれぞれ内に３つの中間鏡を有する宇宙発電システムの好ましい実施形態の図である。
【図１−１】
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【図１−２】
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【図１−３】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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