LINEBURG


<< Пред. стр.

страница 5
(всего 11)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

ную проводную ЛЭП и крайне высока масса – 240 тыс. т, что тре- нала 5,7 ГГц (? = 5,2 см) подается ко всем транзисторам, являю-
бует неприемлемо большого (по крайней мере для первого этапа – щимися двухкаскадными усилителями с коэффициентом усиления
демонстрационной ЛЭС) объема переработки первичного сырья (4 ˜ 100. СВЧ сигнал задающей частоты формируется на централь-
млрд. т). Приемлемым компромиссом является вариант с d = 20 ном электровакуумном приборе большой мощности (в принципе
км, что обеспечивает достаточно разумные значения Nmax и Nср и до сотен мегаватт), имеющем высокий КПД (до 80 %) при питании
еще достаточно приемлемый, как это будет показано в остальных постоянным током от отдельной, автономной, расположенной на
разделах, уровень массы ЛЭС, 65 тыс. т. Это соответствует объему расстоянии ˜ 5 км от ФАР, солнечной батареи с преобразованием
переработки первичного сырья ˜ 1 млн. т, что дает приемлемые постоянного напряжения до ˜ 10 кВ, необходимого для питания
грузопотоки оборудования на Луну с учетом возможностей кос- мощного ЭВП (например клистрона) и раздается к твердотельным
мической транспортный системы. СВЧ приборам единичных транзисторов по протяженным СВЧ
С учетом всех вышеперечисленных факторов принят диаметр линиям (волноводам, полосковым линиям и т.д.). Такая система
ЛЭС (СБ-ФАР) dЛЭС = 20 км. При выборе длины волны ? учитыва- при одинаковых фазах на всех транзисторах формирует непод-
лись ограничения Международного Совета по электосвязи, задан- вижный, перпендикулярный к поверхности ФАР луч. При измене-
ные на промышленное использование определенных частот (и со- нии фазы вдоль радиуса ФАР происходит отклонение луча, осу-
ответственно длин волн) – ? = 12,25 см; ? = 5,2 см и ? = 1,25 см. Не ществляемое фазовращателями по сигналам от системы наведения
останавливаясь подробно на обосновании ? укажем, что хотя при (здесь не рассматривается). Отклонение осуществляется по двум
? = 12,25 см имеются хорошо разработанные и с высоким КПД плоскостям и является безинерционным, хотя сам управляющий
СВЧ генераторы электровакуумного типа и твердотельные полу- сигнал из-за большого расстояния (˜ 0,7 млн. км) имеет запазды-
проводниковые приборы, а также реализуются малые потери в вание ˜ 2 с. Масштабы энергопитания и потребные мощности за-
атмосфере. Но из-за большой расходимости луча и большой даль- дающего генератора (ЗГ), излучаемой мощности с антенны, мощ-
ности трудно реализовать высокий КПД передачи в свободном ности транзистора оценены ниже в качестве предельного (модель-
пространстве, особенно в режиме передачи через промежуточный ного) случая. Он дает возможность оценить масштаб многих вели-
геостационарный (космический) отражатель (КПО). При ? =1,25 чин. Так, при удельной мощности солнечного излучения (лунный
полдень) Nc = 1,36 кВт/м2, площади СБ FСБ =314 км2 и КПД СБ
см высоки потери в атмосфере и низки реализованные КПД в
электронных приборах обеих типов. Принято значение ? = 5,2 см пленочного типа 10 % электрическая мощность СБ составит 43
(? = 5,7 ГГц). млн. кВт, а суммарная выходная СВЧ мощность в луче при КПД
В идеальном, теоретическом случае энергоизлучательный транзисторов 50 % – 21,5 млн. кВт. При площади единичной ячей-
ки ФАР ?2, куда входят 5 транзисторов, Fяч = 5,2 ? 5,2 см2 = 27 см2,
комплекс ЭИК должен представлять собой крупногабаритную,
плоскую, круглую в плане при диаметре 20 км, СБ. Она является из них один в центре, а четыре по углам, имеющее по 0,25 мощно-
первичным источником электропитания равномерно распределен- сти центрального. С учетом включения их в работу соседних яче-
ных по ее поверхности малоразмерных (менее 0,1 Вт) транзисто- ек, на 1 транзистор приходиться выходная мощность
ров, работающих от прилежащих участков СБ площадью ˜ 0,5 ?2. 21,5 ? 10 6
N ант = , где Z число транзисторов.
Каждый транзистор питает по фидеру «свою» четвертьволновую
Z
вибраторную антенну. Антенны размещены над поверхностью СБ
FСБ ? 2 314 ? 10 6 ? 10 3 ? 2
на высоте ?/4 (˜ 13 мм), а для улучшения их работы внешняя по-
Z= = = 2,3 ? 1011 шт = 230 млрд. шт (!!!).
?4
верхность СБ покрыта радиоотражающей сеткой или решеткой с 27 ? 10
Fяч
65 66
Выходная мощность единичной антенны: запитать до 7 подрешеток, образующих модуль площадью 0,455
м2. Таким образом количество транзисторов сократится в 336 раз.
21,5 ? 10 ? 10
6 3
N ант = ; Nант = 0,09 Вт Nант = 90 мВт. При использовании в качестве формирующей поверхности
11
ФАР солнечной батареи пленочного типа в виде железной фольги
2,3 ? 10
толщиной ? = 10 мкм и шириной 500 мм (пока достигнуты значе-
Мощность выходная задающего генератора при коэффициен-
ния ? = 20 мкм и 300 мм) вся ФАР может монтироваться из 40000
те усиления транзисторов 100:
лент средней длиной по 16 км, например, на опорах с пролетами
Nзад г = NСВЧ изл : Кус = 21,5·106 : 100 кВт = 21,5·104 кВт
по 245 м, где прогиб под собственным весом не превысит 190 мм
Nзад г = 215 МВт;
(высоту опоры можно принять h = 0,5 м).
мощность питающей СБ: при КПД З.Г. типа ЭВП ?СВЧ = 80%.
Теоретически гладкую поверхность СБ с выступающими над
Nэл пит З.Г. = 215/0,8 ? 270 МВт пост. тока.
ней элементами ФАР (четвертьволновыми вибраторами – антен-
Таких больших единичных СВЧ мощностей в одном приборе
нами на фидерах высотой 13 мм) желательно сделать «технологи-
нет (есть Nэл = 1 МВт), достигнутые мощности в двухкаскадном
чески плоской» для чего в зазоре между радиоотражающей плен-
транзисторе 20-30 Вт, а использовать столь маломощные транзи-
кой и вибратором антенны разместить радиотехнический матери-
сторы (90 мВт) из-за их худших удельных показателей (кг/кВт
ал с высокими ферромагнитными свойствами. При этом вибратор
изл) и большого числа невыгодно. Полученные исходные данные
практически «ложится» на поверхность СБ, с участком изоляции.
должны использоваться для построения реального облика ЭИК и
Такая система может быть названа плоским энергоизлучающим
системы его энергоснабжения.
полотном, изготовление которого возможно по рулонной техноло-
ЭИК не может быть плоским. С учетом небольшого радиуса
гии. Таким образом ФАР + СБ сводится к пространственной по-
Луны либо должна быть «срезана» верхушка сферического сег-
верхности из 40000 лент, расположенных параллельно ( с техноло-
мента при радиусе сферы R = 1740 км и диаметре площадки 20 км,
гическим зазором 10 мм). Средняя длина ленты ˜ 16 км. Эти лен-
что потребует «земляных работ объемом 18 млрд. м3 и массой 29
ты являются главным элементом ЛЭС и имеют общую массу ˜ 25
млрд. т, либо создания вертикальных опор переменной высоты,
тыс. т, а с учетом опор ˜ 30 тыс. т.
причем высота периферийных составит до 58 м при количестве,
При достигнутой мощности электровакуумных приборов 1000
измеряемом десятками или даже сотнями тысяч. Ясно, что оба
кВт в непрерывном режиме один такой прибор мог бы обслужить
решения совершенно нереальны и придется смириться с тем, что
3,3 млн. транзисторов при площади зоны ˜ 1,4 км2, например 1,18
поверхность ЭИК’а будет неплоской. Это небезнадежно, посколь-
? 1,18 км, однако средняя дальность питающих волноводов была
ку давно на самолетных РЛС бокового обзора уже применяются
бы слишком велика. При выборе же мощности ЭВП (например
ФАР с поверхностями двойной кривизны.
клистрона) в 5 кВт это позволит обслужить 165000 транзисторов,
Желательно учесть определенные упрощения, которые позво-
при размере квадратной зоны 86 ? 86 м. Учитывая реальную ши-
лят иметь не непрерывное изменение угла сканирования при наве-
рину технологического прохода («восток-запад») (колеи) – 30 м
дении луча на ректенну и особенно на геостационарный отража-
для волноводоукладочного лунохода – комбайна желательно
тель, а дискретное, с некоторой угловой ошибкой. В этом случае
сформировать зону в виде прямоугольника 30 ? 246 м, где 246 м –
возможно иметь не непрерывное изменение фазы в каждой антен-
межопорный пролет. При этом провисание ленты между опорами
не, и, соответственно, твердотельном СВЧ приборе, а питать не-
составит ˜ 190 мм, что приемлемо.
сколько антенн («подрешетку») с одного фазовращателя. Оценки
Примерная массовая сводка энергоизлучательного комплекса
показали, что размер такой подрешетки составит 4? ? 6? (т.е. ˜
ЛЭС:
650 см2), что соответствует 48 транзисторам общей выходной
мощностью 4,3 ватта.
При достигнутой мощности в транзисторах до 30 вт один
двухкаскадный транзисторный усилитель может одновременно
67 68
исключительно высокого качества (8-й класс чистоты) под после-
Таблица 3
дующее напыление кремния. Зеркальная же поверхность необхо-
дима для более эффективного использования электрогенерирую-
Назначение элемента материал Масса Примеча-
щего слоя Si, достигаемого двукратным прохождением солнечно-
т ние
го луча (прямого и отраженного соответственно). При этом в про-
Электрогенерирующий сверхчистый 150 Доставля-
цессе доводки поверхности – шлифовки и полировки высота ос-
слой ФЭП СБ кремний ется с
тавшихся неровностей должна быть меньше 1 мкм. При изготов-
(электротех- Земли
лении СБ для применения в наземных условиях указанная толщи-
нический)
на ˜ 40-50 мкм обеспечивает вполне приемлемые удельные энер-
Подложка ФЭП СБ (ан- железо (ру- 25000 Изготав-
гомассовые характеристики (˜ 4 кг/кВт эл), да они и не являются
тенные ленты) лонная лива-ется
критичными. Для потребностей же космической отрасли, где же-
фольга) на ЛПБ
лательно снижение удельной массы СБ, например в СБ для ИСЗ и
Заполнитель волноводов, Двуокись 30000 –
КА, уменьшение толщины осуществляется путем последующего
электроизоляция диполей кремния
химического фрезерования (травления) в ваннах с соответствую-
антенн (пористая,
щими реагентами. В принципе, при этом возможно снижение
плавленая)
толщины ленты с 40 до 20 мкм даже до 10 мкм. Однако такой
Тоководы, кабели Алюминий 5000 –
процесс, кстати значительной продолжительности, практически
Опоры лент Железо 5000 –
невозможно осуществить в лунных условиях в виду отсутствия в
Электровакуумные при- Гот. изд. 44 Доставля-
составе сырья растворителя (воды), и реагента. Доставка же рас-
боры (клистроны) ется с
творителя и самого реагента с Земли при столь больших объемах
Земли
травления (˜ несколько десятков тысяч тонн) нереальна из-за не-
Твердотельные транзи- // 2,2 –
приемлемого увеличения грузопотока на Луну. В то же время в
сторы
условиях лунного производства, когда "толстая" лента уже изго-
Фазовращатели // 2,2 –
товлена из добытого на Луне сырья (ильменита) и будет в даль-
нейшем просто неподвижно лежать на опорах, само снижение ее
Из общей массы ЭИК’а ˜ 67 тыс. тонн в виде готовых изделий
начальной толщины после полировки вообще лишено смысла, по-
доставляются ˜ 50 т радиотехнических изделий и изделий элек-
скольку никак не снизит масштабов добычи сырья и, соответст-
троники. Основная масса изготавливается на ЛПБ (˜ 65 тыс. т).
венно, массы и энергозатрат горнорудного и прокатного произ-
Основное же производство на Луне – топливо – О2, Al и Si, фоль-
водства. Поэтому, если не удастся осуществить прокатку и шли-
га – Fe и пенокремнезем для волноводов.
фовку ленты толщиной хотя бы 20 мкм, (что в силу высокого ка-
Главным массообразующим элементом является железо.
чества исходного лунного металла – железа, плавки в солнечной
Учитывая его достаточно низкое содержание в реголите (˜ 3%),
печи и прокатке его в глубоком естественном вакууме при высо-
именно железо определит масштаб переработки первичного сырья
кой однородности и соответственно прочности металла, не ис-
и массу технологического оборудования, а следовательно – грузо-
ключено в принципе), то придется, возможно, остановиться на
потоки на Луну.
толщине 40 мкм. При сохранении прежних размеров ЭИК'а
При создании сверхтонкой железной фольги толщиной ? = 10
("СБ+ФАР") в плане – 20 км это приведет к ухудшению всех заяв-
мкм, могут возникнуть определенные трудности.
ленных выше параметров системы по грузопотокам и продолжи-
В наземных действующих установках используется сущест-
тельности в несколько раз.
венно более толстая фольга ˜ 40-50 мкм, что позволяет, благодаря
Общая добыча сырья возрастет до 4 млн. т, а продолжитель-
более высокой ее жесткости надежно осуществить шлифовку и
ность развертывания при том же парке РН и КА транспортной
полирование для получения требуемой зеркальной поверхности
69 70
системы «Луна-Земля-Луна» – составит десятки лет. Для демонст- Указанные расчеты соответствуют режиму прямой передачи в
рационной ЛЭС это неприемлемо по самой концепции. Конструк- лунный полдень, когда СБ вырабатывают максимальную мощ-
тивным компромиссом в этой ситуации – является уменьшение ность.
диаметра ЭИК'а с 20 км до 10 км, что и при ?Fe = 40 мкм практиче-
ски сохранит неизменной массу добываемого сырья и даже Таблица 4
уменьшит требования к системе напыления в 4 раза и, соответст- Влияние КПД передачи в свободном пространстве ?св на ос-
венно, приведет к снижению массы и электропотребления другого новные характеристики ректенны при dфар = 10 км = Const.
технологического оборудования. Естественно, при этом пиковая и
средняя выходные мощности ректенны снизятся до нескольких КПД ?св 0,98 0,95 0,9 0,8
миллионов киловатт и сотен мегаватт соответственно. Диаметр ректенны 4,72 4,1 3,62 3,02
Более обоснованно также следует подойти не только к выбору dрек (км.)
размеров СБ – ФАР, что определяет мощность выходного СВЧ Площадь ректенны 17,48 13,1 10,2 7,15
излучения, но и к величине КПД передачи на трассе Луна-Земля Fрек
(ректенна) – ?св. Напомним, что главной целью демонстрационной Мощность СВЧ из- 5,22 5,06 4,80 4,26
ЛЭС является подтверждение технической реализации самой кон- лучения, падающего
цепции СВЧ передачи на большое расстояние и работоспособно- на ректенну 10-6 кВт
сти всей цепочки – от РН до выдачи электроэнергии на выходных Средняя удельная 0,3 0,386 0,47 0,595
клеммах ректенны. При этом сам абсолютный уровень мощности мощность на рек-
может быть и сравнительно невысоким (уменьшен против приня- тенне Nср кВт/м2
того). По-видимому, допустимо пойти и на некоторое снижение Мощность на оси 0,9 1,19 1,41 1,77
КПД ?св, что при уже уменьшенном диаметре ФАР позволит сни- ректенны кВт/м2
зить диаметр наземной ректенны, стоимость которой весьма зна- Запас по электриче- 3,1 2,3 1,96 1,56
чительна. ской прочности ат-
В таблице 4 для широкого диапазона ?св = 0,98 – 0,8 приведе- мосферы над рек-
ны значения требуемого диаметра ректенны dрек (при dфар = 10 км), тенной Катм
абсолютной электрической мощности на выходе из ректенны в Энергосъем с 1 м2 0,25 0,33 0,4 0,51
лунный полдень Nмах. Там же приведены средняя плотность мощ- ректенны кВт эл/м2
ности излучения над ректенной Nатм, характеризующая запас элек- Абсолютная пиковая
трической прочности слоев ионосферы Катм под действием прохо- электрическая мощ- 4,43 4,32 4,08 3,62
дящего СВЧ излучения, определяемой как Катм = Nатм/(Nатм)доп. ность постоянного
Кроме того, приведены площадь ректенны Fрек и эффективный тока на выходе из
энергосъем с 1 м2 ректенны Nэфф = Nвых/Nрек, косвенно характери- ректенны 10-6 кВт эл
зующий ее экономичность. Потери в атмосфере и в ректенне при-
няты равными 5% и 10% (соответственно ?атм = 0,95 и ?рек = 0,9). Значение КПД передачи в свободном пространстве ?св в ре-
Мощность излучения на выходе на ФАР постоянна и равна Nизл фар жиме передачи через КПО существенно ниже чем в прямой пере-
= 5,34 млн. кВт при площади Fфар = 78,5 млн. м2, солнечной посто- даче. При принятом диаметре КПО dкпо = 1 км значения ?св z = ?1
янной Nсолнца = 1,36 кВт/м2, КПД СБ и твердотельных транзисторов ?кпо ?2, где ?1 – величина ?св1 на участке ФАР-КПО, а ?2 – величина
ФАР ?сб = 0,1 и ?свч = 0,5 соответственно. При расчете запаса по ?св на участке КПО-ректенна; ?кпо – КПД КПО (в основном потери
электрической прочности атмосферы принималось, что для ? = 5,2 на отражение и рассеивание СВЧ луча); принято ?кпо = 0,95.
см (Nатм)доп = 2,77 кВт/м2.
71 72
Из табл. 4 следует, что снижение dрек с 4,7 до 3 км, и, соответ-
Таблица 5
ственно площади ректенны в ˜ 2,5 раза, приводит к увеличению
Энергетические возможности демонстрационной ЛЭС при
потерь в 20 раз (с ?св = 0,98 до ?св = 0,8), однако снижение пиковой
dфар = 10 км (NСВЧ изл = 5,33 млн. кВт) при различных диаметрах
выходной мощности остается в допустимых пределах – С ˜ 4,4
ректенны dрек (т.е. при различных ?св в прямой передаче) и значе-
млн. кВт до 3,6 млн. кВт. При этом во всем диапазоне dрек элек-
ния КПД передачи через КПО в пределах суток, лунного дня и 28
трическая прочность атмосферы на оси луча под ректенной обес-
суточного лунного цикла.
печивается с большим запасом (от 3,1 до 1,6 раза). Габариты рек-
тенны вполне приемлемы – от 4,7 км до 3 км. При этом снижение
?св ФАР-ректенна 0,98 0,95 0,9 0,8
?? ФАР-ректенна *) 0,838 *) стоимости ректенны составит ˜ 2 млрд. долл.
0,842 0,769 0,684
Средние КПД при СВЧ передаче через КПО существенно ни-
dрект км 4,72 4,1 3,62 3,02
0,123**) же, чем при прямой передаче. Объясняется это тем, что площадь
?? ФАР-КПО-ректенны 0,117 0,109 0,091
КПО ограничивается сверху неизбежными конструктивными, тех-
Среднесуточный ??сут 0,358 0,345 0,322 0,287
нологическими и эксплутационными соображениями. (?1000 м)
Мощность выходная
существенно меньше площади СВЧ луча, имеющего довольно
млн. кВт
большую расходимость из-за уменьшенного диаметра комплекса
Среднесуточная в пол-
СБ-ФАР, принятого из условий снижения масштабов лунного
день 1,908 1.83 1,71 1,52
производства. Поэтому КПО переотражает на ректенну только
Средняя за 14-ти суточ-
небольшую часть мощности СВЧ-луча.
ный день 1,22 1,18 1,10 0,97
Однако, среднесуточные значения различаются меньше – все-
Средняя за 28-ми су-
го в 2,3 раза, т.к. время работы с низким КПД вдвое больше, чем с
точный цикл 0,61 0,59 0,55 0,48
высоким.
Максимальная пиковая
В целом можно констатировать, что как пиковая мощность ˜ 4
в полдень 4,43 4,42 4,08 3,62
млн. кВт, соизмеримая с мощностью современных ТЭС, так и дос-
)
* с учетом потерь в атмосфере и ректенне.
таточно высокая «среднецикловая» (за 28 сут.), а фактически не-
**) с учетом потерь на КПО, в атмосфере и ректенне.
прерывная мощность ˜ 500 МВт, что соответствует интегральной
годовой энерговыработке ˜ 4,4 млрд кВт. час, позволяют в прин-
Значения величины ?св1 на участке ФАР КПО и КПО-ректенна
ципе использовать электроэнергию такой демонстрационной ЛЭС
?св2, зависящие от диаметра ректенны, приведены в таблице 5. Там
даже с уменьшенными масштабами по мощности не только для
же даны значения полного КПД передачи ?? = ?св1 ??кпо ??св2? ?атм
подтверждения ее работоспособности и проведения инструмен-
??рект в полдень.
тальных измерений. Возможно, например, подключение ректенны
В течение суток из-за вращения Земли вокруг своей оси КПД,
к некоторым энергоемким экспериментальным производствам, не
а значит, и выходная мощность будут меняться скачком. (в тече-
требующим непрерывного цикла – например для получения водо-
нии 8 час (0,33 сут.) – ?? соответствует прямой передаче – ос-
рода электролизом воды. При производительности завода (по во-
тальные 16 (0,67 сут.) – передаче через КПО)
дороду) ˜ 36000 т/год, это при современной цене жидкого водоро-
Все величины подсчитаны для тех же значений ?св прямой пе-
да 5 дол/кг позволит получить при 6-х летней эксплуатации почти
редачи и соответствующих диаметров ФАР dфар что и в табл. 4. В
1,2 млрд. долл. дохода.
таблице 5 приведены также абсолютные усредненные мощности
Приведенные соображения позволяют, в принципе, не-
за 14 суточный день и за 28 суточный цикл.
сколько снизить установленную мощность демонстрационной
Оценим влияние принятой величины ?св на важную характе-
ЛЭС. Тем не менее, дальнейшие оценки масштабов переработки
ристику ЛЭС– диаметр ректенны dрек
сырья и технологических процессов производства лунного топли-
73 74
ва и материалов будут проведены для уже принятых ранее значе- млрд. кВт составят существенно большую величину – несколько
ний DФАР=20 км и Nпик=20 млн кВт (в СВЧ-излучении на выходе сотен километров. Что касается демонстрационной ЛЭС рассмат-
из ФАР в полдень, толщина фольги 10 мкм). риваемой здесь, не представляет труда даже на территории России
Пожалуй, одним из главных доводов противников примене- найти удобное место размещения. А учитывая, что скорее всего
ния СВЧ передач больших мощностей является утверждение о проект (по финансовым и политическим соображениям) будет
недопустимо вредном воздействии СВЧ излучения на биологиче- международным, выбор места размещения ректенны (например на
ские объекты, в т.ч. на человека. шельфе в теплых морях) проблемы не представляет.
Оценим воздействие СВЧ излучения единичного канала ЛЭС Несмотря на достаточно подробное обоснование принятой
пиковой СВЧ мощностью излучаемой в лунный полдень с ФАР – схемы ЭИКа (СБ+ФАР), целесообразно в дальнейшем проработать
21,5 млн. кВт. Прежде более строго проведем обоснование диа- и запасной вариант ЭИКа.
метра ректенны. С точки зрения получения высокого КПД переда- В случае если при дальнейшей, более углубленной, проработ-
чи «ФАР-ректенна» при dФАР = 21 км и dрек = 7 км возможно ? = ке технологических процессов создания интегрального лунного
0,98, что вполне приемлемо. При этом средняя плотность падаю- ЭИК'а «СБ+ФАР» встретятся серьезные трудности, не исключено
щего на ректенну СВЧ излучения составляет 0,55 кВт/м2, что для применение более «традиционной» схемы – так называемой «зер-
заданной длинны волны ? = 5,2 см приемлемо по условиям элек- кальной антенны со сканирующим лучем, формируемым линей-
трической прочности ионосферы над ректенной, составляющая ? ной ФАР», которая первоначально и была предложена авторами
2,77 кВт/м2. Однако значение Nрек = 0,55 кВт/м2 соответствует самой концепции ЛЭС (Крисвеллом и Валдроном, США). Эта
схема, конструктивно выполнена в виде многомодульной про-
равномерному распределению мощности по радиусу ректенны.
странственной системы плоских радиоотражающих полотен – мо-
Учитывая «колоколообразное» (гауссово) распределение на рек-
дулей, размещенных на поверхности Луны параллельно друг дру-
тенне, целесообразно увеличить диаметр антенны до ? 10 км. То-
гу (рис. 9). Радиоотражающие полотна выполняются в виде пло-
гда опасность «пробоя» атмосферы заведомо (и с большим запа-
ской, натянутой на силовую раму (желательно из радиопрозрачно-
сом) устраняется. При dрек = 10 км, КПД ?св, естественно возрастет
го материала) прямоугольной формы, радиоотражающей сетки
и составит ? = 1-0,28?10-30 (!!!) (т.е. практически ? ? 1). Оценим
или решетки. Шаг решетки ˜ 0.05 ? (в нашем случае ˜ 2,5 мм) из
среднюю плотность энергии в кольце d 10 ? 10,5 км; (Fкольца= 10,25
электропроводящих нитей диаметром ˜ 20мкм. Нити изготавли-
км2). Для значений ?10 и ?10.5 разность равна ? = 0,3 ? 10-30; а плот-
ваются либо из металлической проволоки, либо из стекловолокна
ность мощности ? 10-5 мкВт/см2, что по крайней мере в 106 раз
с электропроводящим покрытием Al толщиной в несколько скин-
ниже допустимых норм.
слоев (3-4 мкм). Каждое модуль-полотно («радиозеркало») разме-
Эти расчеты касаются только так называемого прямого излу-
рами порядка 10 ? 30 м облучается протяженной ФАР относи-
чения. Однако существует и значительное рассеянное СВЧ излу-
тельно малой высоты, размещенной, например, в основании со-
чение в атмосфере. При коэффициенте потерь в атмосфере 5%, и
седнего модуля.
считая, что значительная доля энергии уходит на возбуждение мо-
Питание ФАР, выполненной из твердотельных транзисторов
лекул, можно полагать, что имеется ? 1 % излучения в центре над
осуществляется от солнечных батарей (СБ), расположенных меж-
ректенной. Пренебрегая самопоглощением вторичного излучения,
ду соседними эшелонами полотен. Отработка максимального угла
получим плотность мощности на границе ректенны (главным об-
сканирования идет по углу места. Модули-щиты расположены в
разом в горизонтальной составляющей), интенсивность которой
направлении север-юг.
падает пропорционально квадрату расстояния. Интенсивность из-
Такая антенная система формирует наклонный СВЧ луч, с уг-
лучения здесь составляет 10 мВт/см2, что почти в 1000 раз выше
лом места ˜ 30? при большом потребном диапазоне сканирования
нормы хронического облучения (10 мкВт/см2). Однако уже на рас-
(± 15? с учетом либрации Луны). Более строгий анализ структуры
стоянии 15 км уровень будет ниже нормы. Заметим, что среднее
электромагнитного поля в зоне полотен, проведенный в Москов-
расстояние между ректеннами в большой системе мощностью 3
75 76
ском Радиотехническом институте РАН, выявил необходимость При так называемом КПД передачи СВЧ энергии в свободном
существенного усложнения кажущейся простой системы. Из-за 2
пространстве ?св, определяется из выражения ?СВ = 1 ? e ? , где в
больших углов сканирования, поверхности отражающих зеркал и
свою очередь ? (т.наз волновой параметр) определяется из выра-
ФАР должны быть не плоскими, а цилиндрическими (параболо-
? d ФАР ? d рек
цилиндрическими), сам же вертикальный размер ФАР должен со-
жения ? = , здесь dФАР и dрек – диаметры ФАР и рек-
ставлять значительную долю высоты зеркала. Кроме того, сама 4? L
поверхность ФАР также должна иметь кривизну. Это существенно тенны соответственно. ? – длина волны СВЧ излучения, L – рас-
усложняет конструкцию и технологию создания такого ЭИК'а по стояние передач. Принято ? = 5,2 см (частота ? = 5,7 ГГц), L = 360
сравнению с первоначальными замыслами. По предварительным тыс. км – расстояние от Луны до Земли. Рассмотрим 3-х тераватт-
оценкам масса такой системы будет заметно выше, чем описанная ную ЛЭС (для примера).

<< Пред. стр.

страница 5
(всего 11)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

Copyright © Design by: Sunlight webdesign