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World File Search SystemLightSail
利用立方体卫星平台推进太阳能帆船技术
LightSail 计划包括开发、发射和运行两颗私人资助的 3U 立方体卫星，旨在推动太阳帆技术的发展。第一艘 LightSail 航天器主要用于演示太阳帆部署过程，于 2015 年春季成功完成近地轨道任务。第二艘 LightSail 任务计划于 2017 年发射，主要目标是演示地球轨道上的帆控制并提高远地点。LightSail 由行星协会管理，由世界各地的会员和私人捐助者资助，是有史以来最雄心勃勃的私人资助太阳帆计划。通过展示从 3U 立方体卫星平台部署和控制太阳帆的能力，LightSail 计划推动太阳帆成为一种可行的太空小型卫星推进技术。本文概述了 LightSail 计划，描述了航天器设计，并讨论了 LightSail 1 的初始试飞结果。
与星际物体会合的快速反应任务
摘要 本文介绍了一种由太阳帆推进的小型卫星任务概念，用于拦截并可能与新发现的瞬时星际物体 (ISO) 会合。该任务概念源自一项技术演示任务的提案，该任务旨在高速离开太阳系，最终到达太阳引力透镜的焦点区域。ISO 任务概念是将太阳帆飞向围绕太阳的保持轨道，当 ISO 轨道得到确认后，让帆飞行器达到超过 6 AU/年的逃逸速度。这将允许对新的 ISO 发现做出快速反应，并在距太阳 10 AU 以内进行拦截。两种新的行星际技术可用于实现此类任务：i) 行星际小型卫星，例如 MarCO 任务所展示的卫星，以及 ii) 太阳帆，例如 LightSail 和 IKAROS 任务所展示的卫星，以及为 NEA Scout 和 Solar Cruiser 任务开发的卫星。当前的技术工作表明，在十年内，此类任务已经可以飞行并到达穿越太阳系的 ISO。它可能使首次接触 ISO 时能够进行成像和光谱分析，测量尺寸和质量，从而可能提供有关该物体起源和成分的独特信息。可以使用类似的方法返回样本。
物理荣誉项目：2024 年
光帆动力学和多普勒阻尼 指导老师：Boris Kuhlmey 联合指导老师：Martijn de Sterke 电子邮件联系方式：boris.kuhlmey@sydney.edu.au 大挑战：基本定律和宇宙；“突破摄星”大挑战基金 半人马座阿尔法星系统是距离太阳最近的恒星系统。由于它距离我们超过 4 光年，使用现有技术需要花费数千年才能到达那里。“突破摄星”是一个令人兴奋且雄心勃勃的项目，旨在缩短这个漫长的时间框架。计划使用 100 GW 地球激光将表面积为 10 平方米、质量为 1 克（包括有效载荷）的帆加速到光速的 20%。以这个速度，大约需要 25 年才能到达半人马座阿尔法星系统并将信号发回地球。要使这一目标成为现实，必须克服许多实际和概念上的挑战。其中之一就是帆的稳定性。激光束从来都不是完美的，因此激光加速帆不可避免地会导致侧向运动和扭矩，从而导致帆偏离。必须通过自我校正的帆设计来克服这一问题，从而实现向目标的稳定运动。我们最近对二维运动进行了理论分析，并建立了原理证明，现在正在将其完全三维化。我们有许多理论和数值项目，需要理论力学、狭义相对论、光学和电磁学的方法，旨在确定帆表面的详细光学特性、其运动以及帆结构的概念设计。
2025 年物理荣誉项目
大挑战项目 光帆动力学和多普勒阻尼 指导老师：Boris Kuhlmey 联合指导老师：Martijn de Sterke 电子邮件联系方式：boris.kuhlmey@sydney.edu.au 半人马座阿尔法星系统是距离太阳最近的恒星系统。由于它距离我们超过 4 光年，使用现有技术需要花费数千年才能到达那里。突破摄星计划是一个令人兴奋且雄心勃勃的项目，旨在缩短这个漫长的时间框架。该计划是使用 100 GW 地球激光将表面积为 10 平方米、质量为 1 克（包括有效载荷）的帆加速到光速的 20%。以这个速度，大约需要 25 年才能到达半人马座阿尔法星系统并将信号发回地球。要使这个目标成为现实，必须克服许多实际和概念上的挑战。其中一个挑战就是帆的稳定性。激光束从来都不是完美的，因此激光加速帆不可避免地会导致侧向运动和扭矩，从而导致帆偏离。必须通过自我校正的帆设计来克服这一问题，从而实现向目标的稳定运动。我们最近对二维运动进行了理论分析，并建立了原理证明，现在正在将其完全三维化。我们有许多理论和数值项目可用，这些项目需要理论力学、狭义相对论、光学和电磁学的方法，旨在确定帆表面的详细光学特性、其运动以及帆结构的概念设计。这些项目由物理基金会的特别大挑战基金资助。
绝热与等温CAES
绝热与等温CAES 在讨论绝热CAES（例如 Storelectric 所提出的CAES）时，人们经常将其与等温CAES（例如 Lightsail、SustainX 和 General Compression 所提出的CAES）混淆。事实上，这两者有着根本的不同。CAES 压缩空气储能 (CAES) 使用多余或廉价的能源（例如来自电网或可再生能源发电）将空气压缩至高压 – 通常为 70bar。当再次需要能源时，空气被释放来为涡轮机提供动力（或辅助动力），从而再生电能。由于压缩空气的能量密度不高，需要大量的压缩空气，因此使用地质储存；现有的CAES 使用盐穴，这是目前用于大量储存天然气和其他碳氢化合物、危险废物等的众所周知的技术。尽管欧洲近 1/3 的天然气储量都存储在盐穴中，但从未发生过此类盐穴坍塌的情况。盐穴是人工建造的，盐盆地遍布世界各地。传统压缩空气储能系统将空气压缩到 70bar 时，温度会升高到 ~650 o C。但空气不能储存在高于 ~42 o C 的盐穴中，否则盐穴会恶化。因此，传统压缩空气储能系统会将压缩热浪费在冷却塔中。然而，在大致环境温度下从 70bar 膨胀会将空气冷却到 ~-150 o C。这不仅会冻结环境，还会冻结设备，从而毁坏设备，因此需要将热量重新放回去。传统压缩空气储能系统通过燃烧气体来释放膨胀热。Huntorf 和 McIntosh 使用的方法是将压缩空气送入燃气轮机，从而使燃气轮机更节省燃料。但它燃烧的天然气仍是同等规模发电站的 50-60%（McIntosh 为 60-70%），其往返效率（所有能量输出：输入）最多为 50%（Huntorf 为 42%），尽管更现代的设备渴望达到 ~54%。因为膨胀是通过经过特殊改装的涡轮机进行的，所以传统的 CAES 只有固定尺寸的。等温 CAES 等温 CAES（Lightsail、SustainX、General Compression）意识到压缩空气的最有效方式是在恒定的低温下。因此，他们发明了新型压缩机，可在 ~40 o C 时提取热量。然而，这只考虑了半个周期：提取的热量无法在系统内使用，因此被浪费了。这留下了与传统 CAES 相同的膨胀问题，他们声称通过从环境中吸收热量来解决这个问题：温度足够低，（例如）热泵或工业废热可以提供它。但所需的热量之多，将使任何此类清除工作都难以完成，除非是在非常特殊的地点，例如使用冶炼厂的废热。而且，新型膨胀机还不够完善；而新型压缩机也无法最大限度地提高效率、成本效益或可靠性。绝热 CAES 绝热 CAES 在整个压缩和膨胀循环中平衡热量，储存压缩热量以便在膨胀期间重复使用。RWE 已停用的 Adele 提案 https://www.youtube.com/watch?v=K4yJx5yTzO4（2'39” 视频）中展示了其原理，该提案建议将压缩热量储存在布满毛细管的陶瓷存储器中，以通过陶瓷扩散热量。砖块是陶瓷的。这实际上是两个夜间储热加热器，每个加热器都有一座塔楼那么大，它会膨胀和收缩，摩擦成灰尘（从而堵塞任何可以进入的通道）并压碎毛细管，导致非常高的维护成本和频繁的长时间停电以重建存储器。建造和隔热这样的容器成本高昂。 Storelectric www.storelectric.com 开发了其专有的绝热技术，该技术效率高（40MW 时效率约为 62%，500MW 时效率可提高至约 67%），可利用现有技术建造，经济高效，并已获得 Costain、Fortum、西门子和 Mott MacDonald 等众多跨国工程公司的认可。由于它使用“现成的”压缩机和膨胀机，因此非常可靠，几乎可以建造任何配备此类压缩机和膨胀机的规模。
CAES 技术的比较与替代方案
CAES 技术的比较和替代方案 在讨论绝热 CAES（例如 Storelectric 提出的技术）时，了解不同类型的 CAES 非常重要 — 本质上是传统、等温和绝热，以及这些类型的变体。它们的性质非常不同，尤其是绝热 CAES 经常与等温 CAES 混淆，例如 Lightsail、SustainX 和 General Compression 提出的 CAES。事实上，两者根本不同。请注意，所有效率均引用电网到电网和寿命，而电池通常引用端到端 [忽略辅助负载] 和第 1 天 [忽略退化]。还要注意，电池往往会引用不包括土地、电网连接、开发成本等的安装成本，而这些都包含在 Storelectric 的所有估算中。 CAES 压缩空气能储能 (CAES) 使用多余或廉价的能源（例如来自电网或可再生能源发电）将空气压缩至高压 — 通常为 70bar。当再次需要能量时，空气被释放来为涡轮机提供动力（或辅助动力），从而再生电能。由于压缩空气的能量密度不高，需要大量的空气，因此采用地质储存；现有的CAES 采用盐穴，这是目前用于大量储存天然气和其他碳氢化合物、危险废物等的众所周知的技术。尽管欧洲近 1/3 的天然气储量都存储在盐穴中，但从未发生过盐穴坍塌的情况。盐穴是人工建造的，位于盐盆内，世界各地都有。传统CAES 将空气压缩到 70bar 时，温度会升高到 ~650 o C。但空气不能储存在高于 ~42 o C 的盐穴中，否则盐穴会恶化。因此，传统的CAES 会将压缩热浪费在冷却塔中。然而，在大约环境温度下从 70bar 膨胀会使空气冷却至约 -150 o C。这不仅会冻结环境，还会冻结设备，从而破坏设备，因此需要重新加热。传统的 CAES 通过燃烧气体来吸收膨胀热量。Huntorf 和 McIntosh 使用的方法是将压缩空气送入燃气轮机，从而使涡轮机更省油。但它仍然燃烧同等规模发电站 50-60% 的天然气（对于 McIntosh；Huntorf 为 60-70%），其往返效率（所有能量输出：输入）最多为 50%（Huntorf 为 42%），尽管更现代的设备希望达到约 54%。由于膨胀是通过经过特殊改造的涡轮机进行的，因此传统的 CAES 仅适用于固定尺寸。Storelectric 的 CCGT CAES 是传统的（“CCGT” 因为它基于联合循环发电站的设计），但具有以下优点：