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，我國在實現(xiàn)載人空間站與無人探月的目標之后，下一個目標就是登月載人航天，美國、俄羅斯、日本和歐洲的航天機構(gòu)正在積極地為月球基地的工程實施作準備。建設月球基地是人類實現(xiàn)對月球資源的深度開發(fā)和利用的重要手段。

2、要實現(xiàn)月球基地、火星基地和更遙遠的外太空的探測目標，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)保障的獨立、完整、復雜的系統(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，并進而增加系統(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，具有實際意義。

技術(shù)實現(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行過濾，得到過濾光；所述濾光器為紅光濾光器或紅藍光濾光器；

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，控制聚光器對太陽光自動追蹤。

11、優(yōu)選地，所述光線準直器為石英凸透鏡或多層鍍膜石英凸透鏡，石英凸透鏡的焦點與聚光器的光線匯聚點一致。

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直器；聚光器的太陽光自動追蹤裝置感知當前太陽照射方向，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，對光進行過濾，得到過濾光；當濾光器為紅光濾光器時，過濾光包含波長為640～680nm的光；當濾光器為紅藍光濾光器時，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)明通過采用濾光設備，只將植物光合作用所需的紅光和藍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。

24、(2)本發(fā)明通過設置濾光設備避免了過多的光源進入艙內(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
受保護的技術(shù)使用者：北京航空航天大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19