本發(fā)明涉及深空探測及試驗，具體涉及一種基于光纖傳輸用于月球基地的光照系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、探月工程是當(dāng)今世界高新技術(shù)領(lǐng)域中極具挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域之一，我國在實(shí)現(xiàn)載人空間站與無人探月的目標(biāo)之后，下一個目標(biāo)就是登月載人航天，美國、俄羅斯、日本和歐洲的航天機(jī)構(gòu)正在積極地為月球基地的工程實(shí)施作準(zhǔn)備。建設(shè)月球基地是人類實(shí)現(xiàn)對月球資源的深度開發(fā)和利用的重要手段。

2、要實(shí)現(xiàn)月球基地、火星基地和更遙遠(yuǎn)的外太空的探測目標(biāo)，必須依靠生物再生生命保障系統(tǒng)(bioregenerative?lifesupport?system，blss)技術(shù)。為此，從20世紀(jì)60年代開始，美國和蘇聯(lián)的航天專家就開始了對blss的探索。blss中一個重要環(huán)節(jié)是利用綠色植物及具有光合作用的藻類進(jìn)行光合作用，吸收co2、產(chǎn)生氧氣，再生產(chǎn)食物，處理廢物的同時再生空氣和水，為航天員生命活動提供物質(zhì)保障的獨(dú)立、完整、復(fù)雜的系統(tǒng)。

3、因為月球環(huán)境的特殊性，再生生命保障系統(tǒng)只能置于可靠的密閉環(huán)境。blss在密閉艙室內(nèi)工作，無法直接利用外界的太陽能。如果將電能轉(zhuǎn)化為光能，能源的利用率很低。以太陽能發(fā)電方案為例，太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芗s20％的轉(zhuǎn)化率，再從電能轉(zhuǎn)化為光能同樣約20％的轉(zhuǎn)化率。樂觀估計，這種“光-電-光”的方案對太陽能的利用率只有4％?？紤]到光合作用所需的能源在blss乃至整個月球基地中占有較大的比例，這將造成能源極大的浪費(fèi)，并進(jìn)而增加系統(tǒng)重量和發(fā)射成本。

4、為此，開發(fā)一套高效、可靠的月球艙光采集系統(tǒng)，成為推動blss技術(shù)發(fā)展的重要工作，具有實(shí)際意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，本發(fā)明提供了一種基于光纖傳輸用于月球基地的光照系統(tǒng)及方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中生物再生生命保障系統(tǒng)的光照利用率低的技術(shù)問題。

2、一方面，本發(fā)明提供了一種基于光纖傳輸用于月球基地的光照系統(tǒng)，包括：聚光器、光線準(zhǔn)直器、濾光器、耐高溫光纖、散熱裝置以及散光裝置；

3、所述聚光器將太陽光聚集并反射到光線準(zhǔn)直器；聚光器包括太陽光自動追蹤裝置，所述太陽光自動追蹤裝置控制聚光器對太陽光自動追蹤；

4、所述光線準(zhǔn)直器將聚光器發(fā)射的匯聚光轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄猓?/p>

5、所述濾光器對所述平行光進(jìn)行過濾，得到過濾光；所述濾光器為紅光濾光器或紅藍(lán)光濾光器；

6、所述耐高溫光纖將所述過濾光傳輸給散光裝置；

7、所述散熱裝置將耐高溫光纖傳輸過程中產(chǎn)生的熱量散到環(huán)境中；

8、所述散光裝置將接收到的所述過濾光擴(kuò)散到月球基地的光合作用艙。

9、優(yōu)選地，所述聚光器為拋物面反射鏡聚光器或菲涅爾透鏡聚光器；

10、所述太陽光自動追蹤裝置基于光敏感元件的光線感應(yīng)，控制聚光器對太陽光自動追蹤。

11、優(yōu)選地，所述光線準(zhǔn)直器為石英凸透鏡或多層鍍膜石英凸透鏡，石英凸透鏡的焦點(diǎn)與聚光器的光線匯聚點(diǎn)一致。

12、優(yōu)選地，所述濾光器為多層介質(zhì)膜濾光器或干涉濾光片；所述紅光濾光器僅能使波長為640～680nm的光通過；所述紅藍(lán)光濾光器僅能使波長為440～480nm的光和波長為640～680nm的光通過。

13、優(yōu)選地，所述耐高溫光纖為涂層石英光纖，工作溫度為-65℃～300℃。

14、優(yōu)選地，所述散熱裝置為熱管散熱器、液冷散熱器或相變材料散熱器。

15、優(yōu)選地，所述散光裝置為光纖末端擴(kuò)散器或微結(jié)構(gòu)散光板。

16、優(yōu)選地，所述光合作用艙為藻類光合作用艙或綠色植物合作用艙。

17、一方面本發(fā)明提供了一種基于光纖傳輸用于月球基地的光照系統(tǒng)的光照方法，包括以下步驟：

18、步驟s1、聚光器將太陽光聚集并反射到光線準(zhǔn)直器；聚光器的太陽光自動追蹤裝置感知當(dāng)前太陽照射方向，基于所述太陽照射方向調(diào)整聚光器朝向完成對太陽光的自動追蹤；

19、步驟s2、光線準(zhǔn)直器將接收到的聚焦光變?yōu)槠叫泄猓?/p>

20、步驟s3、所述平行光通過濾光器，對光進(jìn)行過濾，得到過濾光；當(dāng)濾光器為紅光濾光器時，過濾光包含波長為640～680nm的光；當(dāng)濾光器為紅藍(lán)光濾光器時，過濾光包含波長為440～480nm的光和波長為640～680nm的光；

21、步驟s4、過濾光經(jīng)過耐高溫光纖傳輸，經(jīng)過散光裝置發(fā)射，照射到光合作用艙內(nèi)。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有如下有益效果：

23、(1)本發(fā)明通過采用濾光設(shè)備，只將植物光合作用所需的紅光和藍(lán)光或只將藻類光合作用所需的紅光引入艙內(nèi)，避免了其他波長光的無效傳輸。相比于傳統(tǒng)的“光-電-光”轉(zhuǎn)換方案，該系統(tǒng)顯著提高了太陽能的利用效率，從而減少了能源浪費(fèi)。

24、(2)本發(fā)明通過設(shè)置濾光設(shè)備避免了過多的光源進(jìn)入艙內(nèi)，從而減少了艙內(nèi)的熱量積累，并且還采用了散熱裝置，能夠降低光纖傳輸系統(tǒng)的溫度負(fù)荷，還減輕了艙內(nèi)溫控系統(tǒng)的壓力，提高了系統(tǒng)的可靠性和耐久性。

25、(3)本發(fā)明通過有效的光傳輸和散光裝置設(shè)計，系統(tǒng)優(yōu)化了艙內(nèi)的光照分布，減少了對額外光源設(shè)備的需求，從而節(jié)省了艙內(nèi)空間。

技術(shù)特征：

1.一種基于光纖傳輸用于月球基地的光照系統(tǒng)，其特征在于，包括：聚光器、光線準(zhǔn)直器、濾光器、耐高溫光纖、散熱裝置以及散光裝置；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖傳輸用于月球基地的光照系統(tǒng)，其特征在于：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光纖傳輸用于月球基地的光照系統(tǒng)，其特征在于：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于光纖傳輸用于月球基地的光照系統(tǒng)，其特征在于：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于光纖傳輸用于月球基地的光照系統(tǒng)，其特征在于：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于光纖傳輸用于月球基地的光照系統(tǒng)，其特征在于：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于光纖傳輸用于月球基地的光照系統(tǒng)，其特征在于：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于光纖傳輸用于月球基地的光照系統(tǒng)，其特征在于：

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的基于光纖傳輸用于月球基地的光照系統(tǒng)的光照方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及深空探測及試驗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光纖傳輸用于月球基地的光照系統(tǒng)及方法。包括：聚光器、光線準(zhǔn)直器、濾光器、耐高溫光纖、散熱裝置以及散光裝置；聚光器將太陽光聚集并反射到光線準(zhǔn)直器；聚光器包括太陽光自動追蹤裝置，所述太陽光自動追蹤裝置控制聚光器對太陽光自動追蹤；光線準(zhǔn)直器將聚光器發(fā)射的匯聚光轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄?；濾光器對所述平行光進(jìn)行過濾，得到過濾光；耐高溫光纖將所述過濾光傳輸給散光裝置；散熱裝置將耐高溫光纖傳輸過程中產(chǎn)生的熱量散到環(huán)境中；散光裝置將接收到的所述過濾光擴(kuò)散到月球基地的光合作用艙；本發(fā)明能夠提高生物再生生命保障系統(tǒng)的光照利用率。

技術(shù)研發(fā)人員：劉曉川,黃勇,王彩云,魏屹杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19