【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、宇宙空間や高高度上空にて太陽光を収集し、そのエネルギーを地球に無線で送電する太陽光エネルギー収集伝送システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来提唱されている太陽光エネルギー収集伝送システムでは、宇宙空間に、広大な太陽電池パネルを展開し、太陽光で発電した電力をマイクロ波に変換した後、巨大なマイクロ波アンテナによってこれを地上に無線送電している。地上ではこのマイクロ波を受電して必要なエネルギーに変換する（例えば非特許文献１、ｐ．１１６、図５参照）。宇宙空間では太陽光強度が地上より強いためより大電力を発電できる、昼夜の別なく発電できる等の利点を有している。また、マイクロ波を無線送電に使用するのは、大気による減衰が少ない周波数帯であるからである。
【０００３】
【非特許文献１】
松本操一 他：「宇宙太陽光発電システム「ＳＯＬＡＲＢＩＲＤ（商標登録）」、〜バッテリレス社会「ＴｅｌｅＥｎｅｒｇｙ社会」の構想〜」，電磁環境工学情報（ＥＭＣ）， Ｎｏ．１７５， ｐｐ．１１３−１１９，２００２年１１月５日
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来提唱されている太陽光エネルギー収集伝送システムは以上のように構成されていたが、次のような問題があった。すなわち、宇宙から地上に無線送電を行う場合、地球上の他の通信設備等に影響を与えないため、宇宙の太陽光エネルギー収集伝送設備は地上の受電設備に対して正確にマイクロ波ビームを照射しなければならない。しかし、宇宙と地上の距離が長いため、極めて厳密なビーム方向精度を求められる。例えば、３６０００ｋｍの静止軌道に太陽光エネルギー収集伝送設備を設けた場合、地上の受電設備が直径１０ｋｍ程度の面積を有していても、マイクロ波ビームの方向精度は０．０１°以下を必要とする。万一、ビーム方向制御に齟齬を生じれば、地球上の他の通信設備に影響を与える。また、マイクロ波ビームのビーム幅も上記ビーム方向精度と同等の値が必要になるので、上記太陽光エネルギー収集伝送設備に広大なマイクロ波送電アンテナを設けなければならない。
【０００５】
この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、第１の目的はマイクロビームの方向精度を緩和し、地球上の他の通信設備等に影響を与え難い太陽光エネルギー収集伝送システムを得ることにある。
【０００６】
また、第２の目的は、宇宙からエネルギーを伝送する無線のビーム方向に齟齬を生じても、地球上の他の通信設備等に影響を与えることのない太陽光エネルギー収集伝送システムを得ることにある。
【０００７】
また、第３の目的は、従来提唱されている太陽光エネルギー収集伝送システムにおいて必要とされる、広大なマイクロ波アンテナをより小さいアンテナに置換して、宇宙空間に設備を構築する際の技術的・コスト的な問題を軽減することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的に鑑みこの発明は、宇宙空間において太陽光を収集しこれを源泉とするエネルギーを光域も含むマイクロ波より高い周波数で無線伝送する第１のエネルギー収集・伝送設備と、この第１のエネルギー収集・伝送設備と地球との間の対流圏の上空でかつ対流圏の近傍に設置され上記第１のエネルギー収集・伝送設備から送られてきた無線エネルギーを収集し上記無線エネルギーをマイクロ波電力に変換して地球に伝送する第２のエネルギー収集・伝送設備と、を備えたことを特徴とする太陽光エネルギー収集伝送システムにある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における太陽光エネルギー収集伝送システムの構成を示したものである。図１において宇宙空間に設置された太陽光エネルギー収集伝送設備１は太陽電池設備２、ミリ波発振器３、ミリ波送電アンテナ４よりなる。太陽電池設備２は太陽光３１を収集して電気エネルギーに変換し、この電気エネルギーを用いてミリ波発振器３でミリ波を発生させ、ミリ波送電アンテナ４を用いて地球１０側へミリ波３２を無線伝送する。
【００１０】
地球１０の対流圏境界１１より上空には（対流圏境界に近い程望ましい）、複数の飛行船５上、またはその飛行船５間に設置されたミリ波用レクテナ設備６（レクテナ：電波を受信するアンテナと、その受信電波を直流電力に変換する整流回路より構成されるデバイス）およびマイクロ波発生・伝送設備７よりなるミリ波受電・マイクロ波送電設備８が単数または複数存在する。このミリ波受電・マイクロ波送電設備８は、太陽光エネルギー収集伝送設備１より伝送されたミリ波３２をミリ波用レクテナ設備６で受電して直流電力に変換し、この直流電力を用いてマイクロ波発生・伝送設備７でマイクロ波を発振し、かつマイクロ波３３を地上へ向けて無線送電する。図示していないが、マイクロ波発生・伝送設備７にはマイクロ波３３を送電するためのアンテナが含まれている。
【００１１】
地球１０上にはマイクロ波用のレクテナ設備９が展開しており、このミリ波受電・マイクロ波送電設備８より伝送されるマイクロ波３３を受電して電気エネルギーに変換し、地球１０上のエネルギー供給源となる。なお、このレクテナ設備９は、地上のみならず、海上に展開することも考え得る。また、ミリ波受電・マイクロ波送電設備８は、対流圏より上空、すなわち大気密度が小さい場所に位置するため、太陽光エネルギー収集伝送設備１−ミリ波受電・マイクロ波送電設備８間における、ミリ波の大気減衰は少ない。
【００１２】
この実施の形態ではマイクロ波を送電するミリ波受電・マイクロ波送電設備８が対流圏よりやや上空に設置されるため、従来想定されているシステムに比べて、マイクロ波３３の伝送距離がかなり短い。このため、必要とされるマイクロ波ビームの方向精度もかなり緩和される。例えば上記発明が解決しようとする課題の項で挙げたように地球１０上のレクテナ設備９が直径１０ｋｍである場合、ミリ波受電・マイクロ波送電設備８を地上から数十ｋｍ上空に設けると、マイクロ波ビームの方向精度は数度で良く、従来想定システムの１００倍以上の許容量になる。このため、ビーム方向誤差による地球上の他の通信設備等への影響は格段に改善されるという効果がある。
【００１３】
さらに、マイクロ波３３の伝送距離が短いことにより、ミリ波受電・マイクロ波送電設備８から見たレクテナ設備９の範囲角が広くなることから、ミリ波受電・マイクロ波送電設備８に搭載する送電用マイクロ波アンテナ（図示省略）も、ビーム幅をより大きくできるため、従来想定システムのマイクロ波アンテナより小さくできるという効果がある。
【００１４】
また、太陽光エネルギー収集伝送設備１よりミリ波受電・マイクロ波送電設備８に向けて伝送されるミリ波は、大気中では急速に減衰するため、万一、太陽光エネルギー収集伝送設備１のミリ波ビーム方向制御に齟齬を生じても、地球上の他の通信設備等へ悪影響を与えないという効果がある。すなわち、より安定した太陽光エネルギー収集伝送システムを得るという効果がある。
【００１５】
さらに、太陽光エネルギー収集伝送設備１は、マイクロ波より波長の短いミリ波を送電するため、従来想定システムに比べて送電アンテナを小さくできるという利点を有する。例えば、従来想定システムのマイクロ波送電アンテナと同等の指向性を必要とした場合、太陽光エネルギー収集伝送設備１のミリ波送電アンテナ４は、波長に比例した大きさまで小さくできる。すなわち、宇宙空間に設備を構築する際の技術的・コスト的な問題を軽減する効果がある。
【００１６】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２における太陽光エネルギー収集伝送システムの構成を示したものである。図２において宇宙空間に設置された太陽光エネルギー収集伝送設備１は太陽電池設備２、レーザー光発生装置１２よりなる。太陽電池設備２は太陽光３１を収集して電気エネルギーに変換し、この電気エネルギーを用いてレーザー光発生装置１２でレーザー光を発生させ、地球１０側へレーザー光３４を伝送する。
【００１７】
地球１０の対流圏境界１１より上空には、複数の飛行船５上、またはその飛行船５間に設置されたレーザー光受光装置１３およびマイクロ波発生・伝送設備７よりなるレーザー光受光・マイクロ波送電設備１４が単数または複数存在する。レーザー光受光・マイクロ波送電設備１４は、太陽光エネルギー収集伝送設備１より伝送されたレーザー光３４をレーザー光受光装置１３で受光して電力に変換し、この電力を用いてマイクロ波発生・伝送設備７でマイクロ波を発振し、かつマイクロ波３３を地上へ向けて無線送電する。実施の形態１と同様、図示していないが、マイクロ波発生・伝送設備７にはマイクロ波３３を送電するためのアンテナが含まれている。以下の動作は実施の形態１と同様である。
【００１８】
この実施の形態でもマイクロ波を送電するレーザー光受光・マイクロ波送電設備１４が対流圏よりやや上空に設置されるため、従来想定されているシステムに比べて、マイクロ波３３の伝送距離が短くなり、必要とされるマイクロ波ビームの方向精度が緩和されるのは、実施の形態１と同様である。このため、ビーム方向誤差による地球上の他の通信設備等への影響は格段に改善されるという効果も同様に得ることができる。
【００１９】
さらに、マイクロ波３３の伝送距離が短いことにより、レーザー光受光・マイクロ波送電設備１４から見たレクテナ設備９の範囲角が広くなることから、レーザー光受光・マイクロ波送電設備１４に搭載する送電用マイクロ波アンテナ（図示省略）も、ビーム幅をより大きくできるため、従来想定システムのマイクロ波アンテナより小さくできるという効果を同様に得る。
【００２０】
また、レーザー光はミリ波より波長が極めて短く集光性に優れる。そのため、太陽光エネルギー収集伝送設備１からレーザー光受光・マイクロ波送電設備１４に精度良く、エネルギーを集中して伝送できる。ミリ波で伝送する場合は、図１のミリ波受電・マイクロ波送電設備８の外に照射されたエネルギーは無駄になるが、本発明では、この損失が少なくなるという効果を有する。
【００２１】
また、実施の形態１と同様、太陽光エネルギー収集伝送設備１は、マイクロ波より波長の短いレーザー光を使用するので、従来想定システムの大型送電アンテナに代わる小さなレーザー光照射装置（レーザー光発生装置１２）を使用できるという利点を有する。
【００２２】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３における太陽光エネルギー収集伝送システムの構成を示したものである。図３において宇宙空間に設置された太陽光反射鏡１６は太陽光３１を地球側１０に反射する。地球１０の対流圏境界１１より上空には、複数の飛行船５上、またはその飛行船５間に設置された太陽電池装置１７およびマイクロ波発生・伝送設備７よりなる太陽光受光・マイクロ波送電設備１８が単数または複数存在する。
【００２３】
反射鏡１６より送られる反射光３５は、太陽電池装置１７で受光され電力に変換される。この電力を使用して、マイクロ波発生・伝送設備７においてマイクロ波を発振し、かつマイクロ波３３を地上へ向けて無線送電する。実施の形態１と同様、図示していないが、マイクロ波発生・伝送設備７にはマイクロ波３３を送電するためのアンテナが含まれている。以下の動作は実施の形態１と同様である。
【００２４】
この実施の形態でもマイクロ波を送電する太陽光受光・マイクロ波送電設備１８が対流圏よりやや上空に設置されるため、従来想定されているシステムに比べて、マイクロ波３３の伝送距離が短くなり、必要とされるマイクロ波ビームの方向精度が緩和されるのは、実施の形態１と同様である。このため、ビーム方向誤差による地球上の他の通信設備等への影響は格段に改善されるという効果も同様に得ることができる。
【００２５】
さらに、マイクロ波３３の伝送距離が短いことにより、太陽光受光・マイクロ波送電設備１８から見たレクテナ設備９の範囲角が広くなることから、太陽光受光・マイクロ波送電設備１８に搭載する送電用マイクロ波アンテナ（図示省略）も、ビーム幅をより大きくできるため、従来想定システムのマイクロ波アンテナより小さくできるという効果を同様に得る。
【００２６】
また、上述の実施の形態１、２と異なり、最初に太陽光３１を受光する設備として、単純な反射鏡を構築すれば良い。例えば静止軌道上に構築するなら、光を反射できる平面板で十分である。図１、２の太陽光エネルギー収集伝送設備１のような複雑な設備は不要であり、実施の形態１、２より構築が容易である。
【００２７】
また、太陽光受光・マイクロ波送電設備１８は、太陽光反射鏡１６から来る反射光３５のみならず、昼間は、太陽から直接来る光からも電力を得ることができることは言うまでもない。
【００２８】
実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４における太陽光エネルギー収集伝送システムの対流圏境界より上空に設置された第２のエネルギー収集・伝送設備の構成例である。ここでは実施の形態１に対応したものを示している。図４においては、対流圏境界より上空に複数の飛行船５が滞空しており、またミリ波用レクテナ設備６およびマイクロ波発生・伝送設備７よりなるミリ波受電・マイクロ波送電設備８が上記複数の飛行船５に支えられて展開している。
【００２９】
図１の太陽光エネルギー収集伝送設備１から地球１０側に送電されたミリ波３２は、図４のミリ波用レクテナ設備６に受電され、直流電力に変換される。この直流電力を用いてマイクロ波発生・伝送設備７はマイクロ波を発振し、かつマイクロ波３３を図１の地上のレクテナ設備９へ向けて無線送電する。なお図示していないが、マイクロ波発生・伝送設備７にはマイクロ波３３を送電するためのアンテナが含まれている。
【００３０】
このように複数の飛行船５によりミリ波受電・マイクロ波送電設備８を支える構成により、広い範囲にミリ波受電・マイクロ波送電設備８を展開することができる。このため、太陽光エネルギー収集伝送設備１から送られてくるミリ波エネルギーをより無駄なく受電し、地上へ送ることができるという効果を有する。
【００３１】
ここでは、実施の形態１に対応したものを示したが、実施の形態２や３に対応して、ミリ波受電・マイクロ波送電設備８の代わりに図２のレーザー光受光・マイクロ波送電設備１４や図３の太陽光受光・マイクロ波送電設備１８を展開しても同様の効果を得る。
【００３２】
実施の形態５．
図５はこの発明の実施の形態５における太陽光エネルギー収集伝送システムの対流圏境界より上空に設置された第２のエネルギー収集・伝送設備の別の構成例である。ここでは実施の形態１に対応したものを示している。図５においては、対流圏境界より上空に複数の飛行船５が滞空しており、またミリ波用レクテナ設備６およびマイクロ波発生・伝送設備７よりなるミリ波受電・マイクロ波送電設備８が複数の飛行船５上に設置されている。
【００３３】
図１の太陽光エネルギー収集伝送設備１から地球１０側に送電されたミリ波３２は図５のミリ波用レクテナ設備６に受電され直流電力に変換される。この直流電力を用いてマイクロ波発生・伝送設備７はマイクロ波を発振し、送電用マイクロ波アンテナ１９により、マイクロ波３３を図１の地上のレクテナ設備９へ向けて無線送電する。
【００３４】
このように個々の飛行船５上にミリ波受電・マイクロ波送電設備８を設ける構成では、風圧による、ミリ波受電・マイクロ波送電設備８の位置変動が起こりにくくまた、位置制御がたやすいという効果を有する。
【００３５】
ここでは実施の形態１に対応したものを示したが、実施の形態２や３に対応して、ミリ波受電・マイクロ波送電設備８の代わりに図２のレーザー光受光・マイクロ波送電設備１４や図３の太陽光受光・マイクロ波送電設備１８を飛行船５に搭載しても同様の効果を得る。
【００３６】
また実施の形態４、５において飛行船上に太陽電池を搭載し、それによって得た電力を飛行船の動力に用いたり、地上に送電する電力の追加分とすることも可能である。
【００３７】
実施の形態６．
図６はこの発明の実施の形態６における太陽光エネルギー収集伝送システムの構成を示したものであり、対流圏境界より上空に設置された第２のエネルギー収集・伝送設備が異なる。ここでは実施の形態１に対応したものを示している。ミリ波用レクテナ設備６およびマイクロ波発生・伝送設備７よりなるミリ波受電・マイクロ波送電設備８が、低軌道衛星２０上に設置されている。太陽光エネルギー収集伝送設備１から地球１０側に送電されたミリ波３２は、ミリ波用レクテナ設備６に受電され直流電力に変換される。この直流電力を用いてマイクロ波発生・伝送設備７はマイクロ波を発振し、送信用マイクロ波アンテナ１９により、マイクロ波３３を地上のレクテナ設備９へ向けて無線送電する。
【００３８】
低軌道衛星２０は、飛行船や気球よりさらに上空に配置することが可能である。このため、大気密度がさらに薄くなり、太陽光エネルギー収集伝送設備１−ミリ波受電・マイクロ波送電設備８間における、ミリ波の大気減衰が、実施の形態１に比べてさらに少なくなるという効果を有する。
【００３９】
また、実施の形態２や３に対応して、ミリ波受電・マイクロ波送電設備８の代わりに図２のレーザー光受光・マイクロ波送電設備１４や図３の太陽光受光・マイクロ波送電設備１８を、低軌道衛星に搭載することも可能である。
【００４０】
実施の形態７．
図７はこの発明の実施の形態７に係わる衛星軌跡の様子を示したものである。本実施の形態では第１のエネルギー収集・伝送設備（図１の１〜４、図２の１，２，１２、図３の１６等）を準静止衛星２２に設置している。準静止衛星２２は赤道２１に対して傾いた軌道を有し、地球１０から見た衛星の移動軌跡を、図７のように一定の地域に８の字を描くようにすることができる。８の字の軌跡２３において、一方のループを小さくするように軌道を選ぶと、このループ内に衛星２２がいる間、特定の地域２４からは衛星が高仰角天空で回転しているように見える。従って、この衛星軌道に複数の衛星を配置すれば、特定の地域２４の高仰角上に、常に衛星が存在する。
【００４１】
静止衛星は赤道２１近辺からは高仰角に見えるが、高緯度地域では、低仰角に見える。そのため、第１のエネルギー収集・伝送設備（１，１６）を静止軌道上に設けると、第２のエネルギー収集・伝送設備（８，１４，１８）が高緯度地域にある場合、実施の形態１、２、３で無線電力伝送に使用するミリ波３２、レーザー光３４、反射光３５等は低仰角から斜めに入射してくる。従って、第２のエネルギー収集・伝送設備が赤道２１近辺にある場合と同等の無線伝送エネルギーを収集する場合、より大きな面積に渡って第２のエネルギー収集・伝送設備を展開しなければならない。
【００４２】
本実施の形態のように第１のエネルギー収集・伝送設備を準静止衛星２２に設置すれば、高緯度地域においても、上記無線伝送エネルギーを高仰角から照射できるため、第２のエネルギー収集・伝送設備の面積・規模を小さくできるという効果を有する。
【００４３】
なお、図１、６の１〜４、図２の１，２，１２、図３の１６がそれぞれ第１のエネルギー収集・伝送設備を構成し、図１、４，５，６の６〜８（図５は１９も含む），（５，２０）、図２の７，１３，１４，（５）、図３の７，１７，１８，（５）がそれぞれ第２のエネルギー収集・伝送設備を構成する。また図１、６の３，４がミリ波発生・伝送装置を構成し、図２の１２がレーザー光発生・伝送装置を構成する。
【００４４】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、宇宙空間において太陽光を収集しこれを源泉とするエネルギーを光域も含むマイクロ波より高い周波数で無線伝送する第１のエネルギー収集・伝送設備と、この第１のエネルギー収集・伝送設備と地球との間の対流圏の上空でかつ対流圏の近傍に設置され上記第１のエネルギー収集・伝送設備から送られてきた無線エネルギーを収集し上記無線エネルギーをマイクロ波電力に変換して地球に伝送する第２のエネルギー収集・伝送設備と、を備えたことを特徴とする太陽光エネルギー収集伝送システムとしたので、マイクロビームの方向精度の規制を緩和し、地球上の他の通信設備等に影響を与え難く、また宇宙からエネルギーを伝送する無線のビーム方向に齟齬を生じても、地球上の他の通信設備等に影響を与えることがなく、さらに従来提唱されている太陽光エネルギー収集伝送システムにおいて必要とされる広大なマイクロ波アンテナをより小さいアンテナに置換して、宇宙空間に設備を構築する際の技術的・コスト的な問題を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１における太陽光エネルギー収集伝送システムの構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態２における太陽光エネルギー収集伝送システムの構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態３における太陽光エネルギー収集伝送システムの構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態４における太陽光エネルギー収集伝送システムの対流圏境界より上空に設置された第２のエネルギー収集・伝送設備の構成例を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態５における太陽光エネルギー収集伝送システムの対流圏境界より上空に設置された第２のエネルギー収集・伝送設備の構成例を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態６における太陽光エネルギー収集伝送システムの構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態７に係わる衛星軌跡の様子を示した図である。
【符号の説明】
１ 太陽光エネルギー収集伝送設備、２ 太陽電池設備、３ ミリ波発振器、４ ミリ波送電アンテナ、５ 飛行船、６ ミリ波用レクテナ設備、７ マイクロ波発生・伝送設備、８ ミリ波受電・マイクロ波送電設備、９ マイクロ波用レクテナ設備、１０ 地球、１１ 対流圏境界、１２ レーザー光発生装置、１３ レーザー光受光装置、１４ レーザー光受光・マイクロ波送電設備、１６ 太陽光反射鏡、１７ 太陽電池装置、１８ 太陽光受光・マイクロ波送電設備、１９ 送電用マイクロ波アンテナ、２０ 低軌道衛星、２２ 準静止衛星、３１太陽光、３２ ミリ波、３３ マイクロ波、３４ レーザー光、３５ 反射光。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a solar energy collection and transmission system that collects sunlight in outer space or at high altitudes and wirelessly transmits the energy to the earth.
[0002]
[Prior art]
In the solar energy collection and transmission system conventionally proposed, a vast solar cell panel is deployed in outer space, and the power generated by sunlight is converted into microwaves, which are then transmitted to the ground by a huge microwave antenna. Wireless power transmission. On the ground, this microwave is received and converted into necessary energy (see, for example, Non-Patent Document 1, p. 116, FIG. 5). In the outer space, the solar light intensity is higher than that on the ground, so that it has the advantages of being able to generate more power, and being able to generate power day and night. Microwaves are used for wireless power transmission because they are in a frequency band where attenuation by the atmosphere is small.
[0003]
[Non-patent document 1]
Shuichi Matsumoto et al .: "Space Solar Power Generation System" SOLARBIRD (registered trademark) ",-Concept of Battery-less Society" TeleEnergy Society "-, Electromagnetic Environment Engineering Information (EMC), No. 175 pp. 113-119, November 5, 2002
[Problems to be solved by the invention]
The conventionally proposed solar energy collection and transmission system is configured as described above, but has the following problems. In other words, when wireless power transmission from space to the ground does not affect other communication equipment on the earth, the solar energy collection and transmission equipment in space irradiates the receiving equipment on the ground with a microwave beam accurately. Must. However, due to the long distance between space and the ground, extremely strict beam direction accuracy is required. For example, when solar energy collection and transmission equipment is installed in a geosynchronous orbit of 36000 km, even if the power receiving equipment on the ground has an area of about 10 km in diameter, the directional accuracy of the microwave beam needs to be 0.01 ° or less. I do. If there is any discrepancy in beam direction control, it will affect other communication facilities on the earth. In addition, since the beam width of the microwave beam needs to have a value equivalent to the beam direction accuracy, a vast microwave power transmission antenna must be provided in the solar energy collecting and transmitting equipment.
[0005]
A first object of the present invention is to provide a solar energy collection and transmission system that reduces the directional accuracy of microbeams and hardly affects other communication facilities on the earth. To get.
[0006]
A second object is to obtain a solar energy collection and transmission system that does not affect other communication facilities on the earth even if the direction of a radio beam for transmitting energy from space is inconsistent. is there.
[0007]
Further, a third object is to replace a large microwave antenna with a smaller antenna, which is required in a conventionally proposed solar energy collection and transmission system, and to provide a technology for constructing facilities in outer space.・ To reduce cost problems.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above object, the present invention provides a first energy collection / transmission facility for collecting sunlight in space and transmitting the energy from the source at a higher frequency than a microwave including an optical region by radio, Is installed above and near the troposphere between the energy collection and transmission facility of the earth and the earth, collects wireless energy transmitted from the first energy collection and transmission facility, and converts the wireless energy into microwave power. And a second energy collection / transmission facility for converting and transmitting the converted energy to the earth.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows a configuration of a solar energy collection and transmission system according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, a solar energy collection and transmission facility 1 installed in outer space includes a solar cell facility 2, a millimeter-wave oscillator 3, and a millimeter-wave power transmitting antenna 4. The solar cell facility 2 collects the sunlight 31 and converts it into electric energy, generates a millimeter wave with the millimeter wave oscillator 3 using the electric energy, and uses the millimeter wave transmitting antenna 4 to transmit the millimeter wave 32 to the earth 10 side. Is transmitted wirelessly.
[0010]
Above the troposphere boundary 11 of the earth 10 (preferably closer to the troposphere boundary), a millimeter-wave rectenna device 6 (rectenna: an antenna for receiving radio waves, installed on a plurality of airships 5 or between the airships 5; A single device or a plurality of millimeter-wave power receiving / microwave power transmitting equipment 8 including a rectifier circuit that converts the received radio wave into DC power and a microwave generating / transmitting equipment 7 are present. The millimeter-wave power receiving / microwave power transmission equipment 8 receives the millimeter waves 32 transmitted from the solar energy collecting and transmitting equipment 1 by the millimeter-wave rectenna equipment 6 and converts them into DC power. The microwave is oscillated by the wave generation / transmission equipment 7 and the microwave 33 is wirelessly transmitted to the ground. Although not shown, the microwave generation / transmission equipment 7 includes an antenna for transmitting the microwave 33.
[0011]
A microwave rectenna equipment 9 is deployed on the earth 10. The microwave 33 transmitted from the millimeter-wave power receiving / microwave power transmitting equipment 8 is received and converted into electric energy, and energy on the earth 10 is transmitted. Supply source. The rectenna equipment 9 may be deployed not only on the ground but also on the sea. In addition, since the millimeter-wave power receiving / microwave power transmission equipment 8 is located above the troposphere, that is, in a place where the atmospheric density is low, the millimeter-wave power receiving / microwave power transmission equipment 8 has Has low atmospheric attenuation.
[0012]
In this embodiment, since the millimeter-wave power receiving / microwave power transmission equipment 8 for transmitting microwaves is installed slightly above the troposphere, the transmission distance of the microwaves 33 is considerably shorter than a conventionally assumed system. For this reason, the required directional accuracy of the microwave beam is considerably reduced. For example, when the rectenna equipment 9 on the earth 10 has a diameter of 10 km as described in the section of the problem to be solved by the invention, if the millimeter wave power receiving / microwave power transmitting equipment 8 is provided several tens km above the ground, The direction accuracy of the microwave beam may be a few degrees, which is more than 100 times as large as that of the conventional assumed system. Therefore, there is an effect that the influence of the beam direction error on other communication facilities on the earth is remarkably improved.
[0013]
Further, since the transmission angle of the microwave 33 is short, the range angle of the rectenna equipment 9 as viewed from the millimeter-wave power receiving / microwave power transmission equipment 8 is widened. The microwave antenna for use (not shown) can also have a larger beam width, and thus has the effect of being smaller than the microwave antenna of the conventional assumed system.
[0014]
In addition, since the millimeter waves transmitted from the solar energy collection and transmission equipment 1 to the millimeter wave power receiving / microwave power transmission equipment 8 rapidly attenuate in the atmosphere, the millimeter waves of the solar energy collection and transmission equipment 1 should be used. Even if a discrepancy occurs in the wave beam direction control, there is an effect that other communication facilities on the earth are not adversely affected. That is, there is an effect that a more stable solar energy collection and transmission system is obtained.
[0015]
Furthermore, since the solar energy collecting and transmitting equipment 1 transmits millimeter waves having a shorter wavelength than microwaves, the solar energy collecting and transmitting equipment 1 has an advantage that a power transmission antenna can be made smaller than a conventional assumed system. For example, when directivity equivalent to the microwave power transmitting antenna of the conventional assumed system is required, the millimeter wave power transmitting antenna 4 of the solar energy collecting and transmitting equipment 1 can be reduced to a size proportional to the wavelength. In other words, there is an effect of reducing technical and cost problems when constructing facilities in outer space.
[0016]
Embodiment 2 FIG.
FIG. 2 shows a configuration of a solar energy collection and transmission system according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 2, the solar energy collection and transmission equipment 1 installed in the outer space includes a solar cell equipment 2 and a laser light generator 12. The solar cell facility 2 collects the sunlight 31 and converts it into electric energy. The laser light is generated by the laser light generator 12 using the electric energy, and the laser light 34 is transmitted to the earth 10 side.
[0017]
Above the troposphere boundary 11 of the earth 10, a laser light receiving device 13 and a microwave light receiving and microwave transmitting device 14 including a laser light receiving device 13 and a microwave generating and transmitting device 7 installed on or between a plurality of airships 5. Singly or plurally exist. The laser light receiving / microwave power transmitting equipment 14 receives the laser light 34 transmitted from the solar energy collecting and transmitting equipment 1 by the laser light receiving device 13 and converts it into electric power, and uses this electric power to generate and transmit microwaves. The equipment 7 oscillates microwaves and wirelessly transmits the microwaves 33 to the ground. As in the first embodiment, although not shown, the microwave generation / transmission facility 7 includes an antenna for transmitting the microwave 33. The following operation is the same as in the first embodiment.
[0018]
Also in this embodiment, since the laser light receiving / microwave power transmission equipment 14 for transmitting microwaves is installed slightly above the troposphere, the transmission distance of the microwaves 33 is shorter than a conventionally assumed system, The required directional accuracy of the microwave beam is relaxed as in the first embodiment. Therefore, the effect that the influence of the beam direction error on other communication facilities on the earth is remarkably improved can be obtained.
[0019]
Furthermore, since the transmission angle of the microwave 33 is short, the range angle of the rectenna equipment 9 as viewed from the laser light receiving / microwave power transmission equipment 14 is widened. Since the beam width of the microwave antenna for use (not shown) can be further increased, the effect of being smaller than the microwave antenna of the conventional assumed system is similarly obtained.
[0020]
Further, the laser light has an extremely shorter wavelength than that of the millimeter wave and has excellent light collecting properties. Therefore, energy can be concentrated and transmitted from the solar energy collecting and transmitting equipment 1 to the laser light receiving / microwave power transmitting equipment 14 with high accuracy. In the case of transmission using millimeter waves, energy applied to the outside of the millimeter-wave power receiving / microwave power transmission equipment 8 in FIG. 1 is wasted, but the present invention has an effect that this loss is reduced.
[0021]
Also, as in the first embodiment, the solar energy collecting and transmitting equipment 1 uses laser light having a shorter wavelength than the microwave, so that a small laser light irradiating device (laser light generating device) replacing the large power transmitting antenna of the conventional assumed system is used. 12) can be used.
[0022]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 3 shows a configuration of a solar energy collection and transmission system according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 3, the solar reflector 16 installed in the outer space reflects the sunlight 31 to the earth side 10. Above the troposphere boundary 11 of the earth 10, a solar cell device 17 and a solar light receiving / microwave power transmission device 18 including a microwave generation / transmission device 7 installed on or between the airships 5 are provided. One or more exist.
[0023]
The reflected light 35 sent from the reflecting mirror 16 is received by the solar cell device 17 and converted into electric power. Using this power, microwaves are oscillated in the microwave generation / transmission facility 7 and the microwaves 33 are wirelessly transmitted to the ground. As in the first embodiment, although not shown, the microwave generation / transmission facility 7 includes an antenna for transmitting the microwave 33. The following operation is the same as in the first embodiment.
[0024]
Also in this embodiment, since the solar light receiving / microwave power transmission equipment 18 for transmitting microwaves is installed slightly above the troposphere, the transmission distance of the microwaves 33 is shorter than a conventionally assumed system, The required directional accuracy of the microwave beam is relaxed as in the first embodiment. Therefore, the effect that the influence of the beam direction error on other communication facilities on the earth is remarkably improved can be obtained.
[0025]
Furthermore, since the transmission angle of the microwave 33 is short, the range angle of the rectenna equipment 9 as viewed from the solar light receiving / microwave power transmission equipment 18 is widened. Since the beam width of the microwave antenna for use (not shown) can be further increased, the effect of being smaller than the microwave antenna of the conventional assumed system is similarly obtained.
[0026]
Further, unlike Embodiments 1 and 2 described above, it is only necessary to construct a simple reflecting mirror as the equipment that receives the sunlight 31 first. For example, when building on a geosynchronous orbit, a flat plate that can reflect light is sufficient. Complex equipment such as the solar energy collecting and transmitting equipment 1 of FIGS. 1 and 2 is not required, and is easier to construct than the first and second embodiments.
[0027]
Further, it goes without saying that the sunlight receiving / microwave power transmission equipment 18 can obtain electric power not only from the reflected light 35 coming from the sunlight reflecting mirror 16 but also from light coming directly from the sun in the daytime.
[0028]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 4 is a configuration example of a second energy collection / transmission facility installed above the troposphere boundary of the solar energy collection / transmission system according to Embodiment 4 of the present invention. Here, one corresponding to the first embodiment is shown. In FIG. 4, a plurality of airships 5 are suspended above the troposphere boundary, and the millimeter-wave receiving / microwave transmitting equipment 8 including the millimeter-wave rectenna equipment 6 and the microwave generating / transmitting equipment 7 includes the plurality of airships 5. It is deployed supported by the airship 5.
[0029]
The millimeter wave 32 transmitted from the solar energy collection and transmission equipment 1 of FIG. 1 to the earth 10 side is received by the millimeter wave rectenna equipment 6 of FIG. 4 and converted into DC power. Using this DC power, the microwave generation / transmission equipment 7 oscillates microwaves, and wirelessly transmits the microwaves 33 to the rectenna equipment 9 on the ground in FIG. Although not shown, the microwave generation / transmission equipment 7 includes an antenna for transmitting the microwave 33.
[0030]
As described above, the millimeter-wave power receiving / microwave power transmission equipment 8 is supported by the plurality of airships 5, so that the millimeter-wave power receiving / microwave power transmission equipment 8 can be deployed in a wide range. For this reason, there is an effect that the millimeter-wave energy transmitted from the solar energy collecting and transmitting equipment 1 can be received more efficiently and transmitted to the ground.
[0031]
Here, the one corresponding to the first embodiment is shown. However, corresponding to the second and third embodiments, instead of the millimeter wave power receiving / microwave power transmitting equipment 8, the laser light receiving / microwave power transmitting equipment of FIG. The same effect can be obtained by expanding the solar light receiving / microwave power transmission equipment 18 of FIG.
[0032]
Embodiment 5 FIG.
FIG. 5 is another configuration example of the second energy collection / transmission facility installed above the troposphere boundary of the solar energy collection / transmission system according to Embodiment 5 of the present invention. Here, one corresponding to the first embodiment is shown. In FIG. 5, a plurality of airships 5 are hovering above the troposphere boundary, and a millimeter-wave power receiving / microwave power transmission facility 8 including a millimeter-wave rectenna facility 6 and a microwave generation / transmission facility 7 includes a plurality of airships. 5 above.
[0033]
The millimeter wave 32 transmitted from the solar energy collection and transmission equipment 1 of FIG. 1 to the earth 10 side is received by the millimeter-wave rectenna equipment 6 of FIG. 5 and converted into DC power. The microwave generation / transmission equipment 7 oscillates microwaves using the DC power, and wirelessly transmits the microwaves 33 to the ground rectenna equipment 9 in FIG. 1 by the power transmission microwave antenna 19.
[0034]
In the configuration in which the millimeter-wave power receiving / microwave power transmission equipment 8 is provided on each of the airships 5 as described above, the position fluctuation of the millimeter-wave power receiving / microwave power transmission equipment 8 due to the wind pressure does not easily occur and the position control is easy. Having.
[0035]
Here, the one corresponding to the first embodiment is shown. However, corresponding to the second and third embodiments, instead of the millimeter wave power receiving / microwave power transmitting equipment 8, the laser light receiving / microwave power transmitting equipment 14 of FIG. The same effect can be obtained even if the solar light receiving / microwave power transmission equipment 18 shown in FIG.
[0036]
In Embodiments 4 and 5, it is also possible to mount a solar cell on an airship and use the power obtained thereby for powering the airship, or use it as an additional power to be transmitted to the ground.
[0037]
Embodiment 6 FIG.
FIG. 6 shows a configuration of a solar energy collection and transmission system according to Embodiment 6 of the present invention, in which second energy collection and transmission equipment installed above the troposphere boundary is different. Here, one corresponding to the first embodiment is shown. A millimeter-wave power receiving / microwave power transmission equipment 8 including a millimeter-wave rectenna equipment 6 and a microwave generation / transmission equipment 7 is installed on the low-orbit satellite 20. The millimeter waves 32 transmitted from the solar energy collection and transmission equipment 1 to the earth 10 side are received by the millimeter wave rectenna equipment 6 and converted into DC power. The microwave generation / transmission equipment 7 oscillates microwaves using the DC power, and wirelessly transmits the microwaves 33 to the rectenna equipment 9 on the ground by the transmission microwave antenna 19.
[0038]
The low-orbit satellite 20 can be arranged further above the airship or the balloon. For this reason, the effect that the atmospheric density is further reduced, and the atmospheric attenuation of the millimeter wave between the solar energy collecting and transmitting equipment 1 and the millimeter wave power receiving / microwave power transmitting equipment 8 is further reduced as compared with the first embodiment. Have.
[0039]
Further, corresponding to the second and third embodiments, instead of the millimeter-wave power receiving / microwave power transmitting equipment 8, the laser light receiving / microwave power transmitting equipment 14 of FIG. 2 and the solar light receiving / microwave power transmitting equipment 18 of FIG. Can be mounted on low-Earth orbit satellites.
[0040]
Embodiment 7 FIG.
FIG. 7 shows a state of a satellite trajectory according to Embodiment 7 of the present invention. In the present embodiment, the first energy collection / transmission facilities (1 to 4 in FIG. 1, 1 and 2, 12 in FIG. 2, 16 in FIG. 3, etc.) are installed in the quasi-geostationary satellite 22. The quasi-geostationary satellite 22 has an orbit inclined with respect to the equator 21, and the movement trajectory of the satellite viewed from the earth 10 can be drawn in a figure 8 in a certain area as shown in FIG. If the orbit is selected to make one loop smaller in the figure-of-eight trajectory 23, the satellite appears to be rotating in a high elevation sky from a specific area 24 while the satellite 22 is in this loop. . Therefore, if a plurality of satellites are arranged in this satellite orbit, the satellite always exists at a high elevation angle of the specific area 24.
[0041]
Geosynchronous satellites appear to have a high elevation from near the equator 21, but appear to have a low elevation in high latitude areas. Therefore, if the first energy collection / transmission facility (1, 16) is provided on a geosynchronous orbit, the second embodiment can be used in the case where the second energy collection / transmission facility (8, 14, 18) is located in a high latitude area. The millimeter wave 32, laser light 34, reflected light 35, etc. used for wireless power transmission in 2 and 3 are obliquely incident from a low elevation angle. Therefore, when collecting the same wireless transmission energy as when the second energy collection / transmission facility is near the equator 21, the second energy collection / transmission facility must be deployed over a larger area.
[0042]
If the first energy collection and transmission equipment is installed on the quasi-geostationary satellite 22 as in the present embodiment, the wireless transmission energy can be irradiated from a high elevation angle even in a high latitude area. Has the effect that the area and scale of the can be reduced.
[0043]
1, 4 in FIGS. 1 and 6, 1, 2, and 12 in FIG. 2, and 16 in FIG. 3 constitute a first energy collecting and transmitting facility, respectively, and 6 to 8 in FIGS. (FIG. 5 also includes 19), (5, 20), 7, 13, 14, (5) of FIG. 2, and 7, 17, 18, and (5) of FIG. Is composed. 1 and 6, 3 and 4 constitute a millimeter wave generation / transmission device, and 12 in FIG. 2 constitutes a laser light generation / transmission device.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a first energy collection / transmission facility that collects sunlight in outer space and wirelessly transmits energy from the source at a frequency higher than a microwave including an optical region, The wireless energy transmitted from the first energy collection / transmission facility is installed above the troposphere and near the troposphere between the first energy collection / transmission facility and the earth, and the microwave energy is converted to microwave power. And a second energy collection and transmission system that converts the energy to the energy and transmits it to the earth. It is unlikely to affect other communication equipment, etc., and even if there is a discrepancy in the direction of the radio beam that transmits energy from space, it will not affect other communication equipment on the earth. In addition, the technology and cost for constructing facilities in outer space by replacing the vast microwave antenna required in the solar energy collection and transmission system proposed conventionally with a smaller antenna Problems can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a solar energy collection and transmission system according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a solar energy collection and transmission system according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a solar energy collection and transmission system according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a second energy collection / transmission facility installed above a tropospheric boundary of the solar energy collection / transmission system according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a second energy collection / transmission facility installed above a tropospheric boundary of the solar energy collection / transmission system according to Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a solar energy collection and transmission system according to Embodiment 6 of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a state of a satellite trajectory according to Embodiment 7 of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 solar energy collection and transmission equipment, 2 solar cell equipment, 3 millimeter wave oscillator, 4 millimeter wave transmission antenna, 5 airship, 6 millimeter wave rectenna equipment, 7 microwave generation and transmission equipment, 8 millimeter wave reception and microwave transmission Equipment, 9 Microwave rectenna equipment, 10 Earth, 11 Tropospheric boundary, 12 Laser light generator, 13 Laser light receiving equipment, 14 Laser light receiving / microwave power transmission equipment, 16 Solar reflector, 17 Solar cell equipment, 18 Solar light receiving / microwave power transmission equipment, 19 power transmission microwave antenna, 20 low orbit satellite, 22 quasi geostationary satellite, 31 sunlight, 32 millimeter wave, 33 microwave, 34 laser light, 35 reflected light.