Weather management using space-based power system. （HURS）
-------------US20060201547A1.pdf pdfAI翻訳----概略----
宇宙ベースの電力システムを使用して、RFエネルギーを生成。
このエネルギーを雷雨に向けて集中させ、気温勾配を作成。
勾配がハリケーンの進路を変え、強度を弱める。
ハリケーンは、風速131 mph以上で形成され、カテゴリー4および5に分類される。
方法として、RFエネルギーを1kmから10kmの範囲で適用することが提案されている。
1:(63)
発明者：ジェームズ・E・ロジャース、ハーモサビーチ、CA（米国）；ゲイリー・T・スピルナック、マンハッタンビーチ、CA（米国）
サンフランシスコ、CA 94111-4067（米国）
譲受人：ソラレン・コーポレーション、マンハッタンビーチ、CA（米国）
出願日： 2006年2月22日
出願番号1 1/212.824の一部継続、2005年8月25日に出願、これは出願番号10/724,310の継続で、2003年11月26日に出願、現在特許番号6,936,760。
(60) 仮出願番号60/428,928、2002年11月26日に出願。
宇宙ベースの電力システムと宇宙で生まれたエネルギーを使用して天候を変える方法。宇宙ベースの電力システムは、接続構造を使用せずにシステムコンポーネントの適切な位置決めと整列を維持します。電力システム要素は軌道に打ち上げられ、自由浮遊する電力システム要素は制御システムを使用して適切な相対的整列（位置、方向、形状など）を維持します。宇宙ベースの電力システムからのエネルギーは、ハリケーンなどの天候要素に適用され、天候要素を弱めたり、消散させたりします。天候要素は、ハリケーンの目などの天候要素の一部の温度を変えたり、気流を変えたり、天候要素の進路を変えたりすることで変えることができます。
ハリケーン削減システム（HURS）
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34-WEATHER MANAGEMENT USING SPACE-BASED POWER SYSTEM
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS
この出願は、2005年8月25日に出願された米国出願番号11/212,824の部分継続であり、これは2003年11月26日に出願された米国出願番号10/724,310の継続であり、現在の米国特許番号6,936,760に関連し、その優先権は35 U.S.C. § 120に基づいて主張され、さらに35 U.S.C. § 119に基づいて2002年11月26日に出願された米国仮出願番号60/428,928の優先権を主張するものであり、これらすべての内容はここに参照として組み込まれています。
FIELD OF THE INVENTION
0002 本発明は、宇宙ベースの電力システムに関連し、特に宇宙ベースの電力システムによって生成されたエネルギーを使用して、ハリケーンやハリケーンを形成するなどの気象要素を変更することに関するものです。
DESCRIPTION OF RELATED ART
0003 宇宙ベースの電力システムは、太陽の放射エネルギーまたは太陽フラックスを使用してエネルギーを生成します。太陽の太陽定数またはフラックスは、地球の軌道で約1.4 kW/mです。例えば、静止軌道またはGEO（地球から22,400マイルまたは36,000 km）では、宇宙太陽光発電システムはほぼ継続的に太陽光に浸されています。
0004 太陽電池、太陽変換装置、および宇宙電力システムの核電力装置は、直流（DC）電力を生成し、これは無線、マイクロ波、レーザー周波数などの伝送周波数に変換されます。例えば、無線周波数（RF）およびマイクロ波を使用して、生成された電力は変換装置（例：マグネトロン）を通じて電力に変換され、アンテナによって集束されます。集束されたエネルギーは受信機に向けられ、受信アンテナ（「レクテナ」）が電力ビームをDC電力に変換します。DC電力は交流（AC）電力に変換され、ユーザーに配布するために電力網に送信されます。
0005 その結果、太陽定数の一部が利用可能な電力に変換されます。例えば、変換効率が40%の1mの太陽光パネルは、約560ワットの電力を生成できます。100万平方メートル、または1平方キロメートルの40%効率の太陽光パネルは、約560メガワット（MW）の電力を生成できます。
0006 太陽エネルギーを利用する概念は、1960年代に最初に開発されました。1970年代および1980年代には、NASAおよびエネルギー省が衛星システムの研究を行いましたが、これらのシステムの低効率と高コストがその効果を妨げました。1990年代には、NASAがさらなる研究を行い、異なる軌道で新しい概念を開発しました。新しいシステムは以前の研究に対して改善を行いましたが、既存の概念は依然として経済的に実行可能ではありませんでした。
0007 一般的な宇宙電力システムは、エネルギー変換のための発電サブシステムと、無線電力伝送のためのサブシステムを持っています。光起電力セルを使用する既知のシステムは、通常、大きな太陽光パネルを利用して太陽エネルギーを電力に変換します。接続構造は、システムコンポーネントの正しい相対位置を維持するために通常使用されます。
0008 従来の宇宙電力システムはこのように改善される可能性があります。特に、電力システムコンポーネント間の接続構造を減少または排除することで、システムの重量を減らすことができます。従来のシステムでは、接続構造がシステムの重量の大部分を占めることがあります。例えば、いくつかの既知のシステムは、数キロメートルの長さを持ち、数百万メトリックトンの重さを持つ接続構造を持つ宇宙の送信アンテナを利用しています。接続構造の過剰な重量は、打ち上げコストの増加を引き起こす可能性があります。さらに、過剰な重量はシステムコンポーネントに負担をかけ、システムの整列、操作、および性能に影響を与える可能性があります。したがって、電気的および機械的接続の重量は、利益を上げることができる最大サイズのシステムに制限を与える可能性があります。さらに、システムコンポーネントの配置、方向、および効率は、特に接続要素で結びついていないシステムコンポーネントにおいて改善される可能性があります。
0009 さらに、気象要素の影響を軽減できるシステムおよび方法の必要性があります。特に、ハリケーン、台風などを弱めたり排除したりするためのシステムおよび方法の必要性があります。例えば、図18に示すフロリダ州沿岸のハリケーン1800のようなものです。
0010 現在、大きな気象要素（ハリケーンや台風など）の影響を効果的に軽減するシステムや方法は知られていません。「ハリケーン」と「台風」という用語は、強い「熱帯サイクロン」の地域特有の名称です。「熱帯サイクロン」は、熱帯または亜熱帯の水域上にある、組織化された対流（すなわち、雷雨活動）およびサイクロンの表面風循環を持つ非前線的なシノプティックスケールの低気圧システムを指す一般的な用語です。
0011 最大持続風速が17 m/s（34 kt、39 mph）未満の熱帯サイクロンは、一般的に「熱帯低気圧」と呼ばれます。熱帯サイクロンが17 m/s（34 kt、39 mph）を超える風速に達すると、通常は熱帯暴風雨と呼ばれ、名前が付けられます。風速が33 m/s（64 kt、74 mph）に達すると、地域によってさまざまな名前が付けられます。例えば、「ハリケーン」（北大西洋、北東太平洋のデートラインの東、または南太平洋の160Eの東）、「台風」（デートラインの西の北西太平洋）、「強い熱帯サイクロン」（南西太平洋の160Eの西または南東インド洋の90Eの東）、「強いサイクロン嵐」（北インド洋）および「熱帯サイクロン」（南西インド洋）です。この仕様書は、一般的にそのような嵐を「ハリケーン」と呼び、より一般的には「気象要素」と呼びます。
0012 成熟したハリケーンは非常に強力です。例えば、約10,000ギガワットの電力を生成することができ、重大な構造的損害を引き起こす可能性があります。アメリカ合衆国の東部および湾岸地域における風嵐の損害に関する研究は、そのような嵐からの平均経済損失が約50億ドルに達することを示しています。（R. A. Pielke Jr. および C. W. Landsea, (1998). 「正規化された大西洋ハリケーンの損害、1925-1995。」気象予測、13, 621-631）。国立海洋大気庁（NOAA）は、1980年から2002年までのハリケーン関連の損害が約840億ドルであると推定しています。最近の研究では、ハリケーンカトリーナからの経済損失が1000億ドルを超えると推定されています（リスク管理ソリューション）。
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保険による損失は約S10-S25億ドル（堤防の失敗前の予測）から、ハリケーン・アンドリューによる損失は約440億ドル（インフレ調整済み）である（国家気象局）。
気象要素、特にハリケーンを含む大きなものと小さなものの影響を軽減または排除できるシステムと方法の必要性がある。また、必要に応じて異なる地理的場所で使用できるそのようなシステムと方法の必要性もある。さらに、必要なエネルギーの供給源が豊富であるように、太陽エネルギーで動作するシステムと方法の必要性もある。特定のハリケーンのセクションにエネルギーを制御可能に指向できるシステムと方法の必要性もある。そのようなシステムと方法は、制御できない気象要素によって引き起こされる経済的および人的損失を大幅に削減できる可能性がある。
発明の実施形態は、これらの未解決のニーズを満たす。
発明の概要
ある実施形態では、気象要素の影響を軽減するために使用できる宇宙ベースの電力システムが含まれ、宇宙に複数の電力システム要素と制御システムがある。複数の電力システム要素の1つまたは複数は、宇宙で自由に浮遊している。制御システムは、自由に浮遊している要素の整列を維持する。複数の要素は、太陽光を集め、集めた太陽光から電気エネルギーを生成し、生成した電気エネルギーを事前に決定された場所に送信できる形に変換するように配置されている。
別の実施形態では、気象要素の影響を軽減するために使用できる宇宙ベースの電力システムが含まれ、宇宙に複数の電力システム要素と制御システムがある。複数の要素の1つまたは複数は、宇宙で自由に浮遊している。電力システム要素には、主ミラー、中間ミラー、電力モジュール、エミッター、反射ミラーが含まれる。主ミラーは、太陽光を中間ミラーに指向する。中間ミラーは、太陽光を電力モジュールに指向し、電力モジュールは直流電気を生成する。エミッターは、直流電気をRFまたは光エネルギーに変換し、反射ミラーは、RFまたは光エネルギーを事前に決定された場所の受信機に送信する。制御システムには、複数のセンサーと複数の変位要素が含まれる。宇宙の各要素にはセンサーと変位要素が含まれ、制御システムはセンサーデータに応じて変位要素を選択的に活性化することによって、宇宙で自由に浮遊している要素の整列を維持する。
さらに別の実施形態は、気象要素の影響を軽減するために使用できる電力システム要素を整列させる方法に向けられており、宇宙で電力を生成し、生成した電力を事前に決定された場所に送信する。実施形態には、複数の要素と制御システムを宇宙に打ち上げることが含まれ、その中で複数の要素の1つまたは複数は宇宙で自由に浮遊している。要素を宇宙に配置し、制御システムを使用して自由に浮遊している要素の整列を維持し、電力システム要素が太陽光を集め、集めた太陽光から電気エネルギーを生成し、生成した電気エネルギーを事前に決定された場所に送信するのに適した形に変換されるようにする。
2006年9月14日
さまざまな実施形態では、電力システム要素は異なるミラーおよびミラー構成を持つことができる。例えば、折りたたみ可能なミラー、球面ミラー、膨張チューブまたは膜によって支持されるミラー、光子圧を減少させるための光学コーティングを施したミラーなどである。電力システム要素には、主ミラー、第一中間ミラー、電力モジュール、エミッター、反射ミラーが含まれる。第一中間ミラーは、太陽光を電力モジュールに指向し、電力モジュールは電気エネルギーを生成する。エミッターは、生成された電気エネルギーを送信可能な形に変換し、反射ミラーに提供し、反射ミラーは変換されたエネルギーを事前に決定された場所の受信機に送信する。また、システムおよび方法の実施形態では、集光器が中間ミラーから電力モジュールに太陽光を集中させるために使用される。
実施形態は、異なる電力モジュールを利用することができる。例えば、光起電力および熱電電力モジュールである。光起電力モジュールでは、太陽電池はエミッターと共に配置されることができる。変換されたエネルギーまたは送信されるエネルギーは、無線周波数または光エネルギーである。
実施形態における制御システムは、1つまたは複数のシステム要素の整列を調整することができ、要素の位置や向きを調整する。システムには、整列センサーや距離センサーなどの複数のセンサーが含まれる。2つの要素のセンサーデータを比較して、2つの要素が適切に整列し、許容される距離に位置しているかどうかを判断する。例えば、レーダー、ライダー、干渉パターン、太陽風、静電気力を使用する。さらに、要素の整列を調整する。制御システムには、システムコンポーネントの整列を調整するための推進装置などの変位要素が含まれる。また、システムおよび方法の実施形態では、異なる数の要素、例えば、過半数またはすべての要素が宇宙で自由に浮遊している。
発明の別の実施形態に従って、宇宙ベースの電力システムからのエネルギーを使用して、気象要素を変更し、弱めたり散逸させたりすることができる。
別の実施形態は、宇宙でRFエネルギーを生成し、生成されたエネルギーを直径約1kmから約10kmに焦点を合わせ、気象要素に対して少なくとも約10ワット/kmの焦点を合わせたエネルギーを適用することを含む気象を変更する方法に向けられている。このエネルギーは、気象要素の一部の温度を変更し、気象要素を弱める。
さらに別の代替実施形態は、宇宙でRFエネルギーを生成し、生成されたRFエネルギーを直径約5kmに焦点を合わせ、気象要素に対して少なくとも約10ワット/kmの焦点を合わせたRFエネルギーを適用することによって気象を変更する方法に向けられている。このエネルギーは、気象要素の気流を変更し、気象要素を弱める。
別の代替実施形態では、宇宙でRFエネルギーを生成し、生成されたRFエネルギーを直径約5kmに焦点を合わせ、気象要素に対して少なくとも約10ワット/kmの焦点を合わせたRFエネルギーを適用して、気象要素の進路を変更する方法が含まれる。
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さらなる代替実施形態において、宇宙由来のエネルギーを使用して天候を変える方法は、天候要素に1つまたは複数のエネルギー吸収要素を挿入し、宇宙において宇宙ベースの電力システムを使用してRFエネルギーを生成し、生成されたRFエネルギーを焦点を合わせて、焦点を合わせたRFエネルギーを1つまたは複数のエネルギー吸収要素に向けることを含む。エネルギー吸収要素は、少なくとも約10ワット/kmのRFエネルギーを吸収し、結果として生じる熱エネルギーを天候要素に転送して、天候要素を変化させ、弱める。
別の実施形態によれば、天候を変えるための宇宙ベースの電力システムは、宇宙における複数の電力システム要素と、1つまたは複数の自由浮遊する電力システム要素の整列を維持する分散制御システムを含む。1つまたは複数の電力システム要素は自由浮遊している。電力システム要素は、宇宙において、1つの電力システム要素から太陽光を受け取り、別の電力システム要素に太陽光を送信する少なくとも1つの中間電力システム要素を含む。宇宙における電力システム要素は、分散制御システムの制御システムコンポーネントを含み、制御システムは隣接する電力システム要素の制御システム要素間の通信に基づいて自由浮遊する電力システム要素の整列を維持する。電力システム要素は、太陽光を集め、集めた太陽光から電気エネルギーを生成し、生成した電気エネルギーをRFエネルギーに変換し、これを天候要素に適用して天候要素を変化させ、弱めるように配置されている。
様々な実施形態において、宇宙で生成されたRFエネルギーは、約2 GHzから約12 GHzの周波数を持ち、直径が約1 kmから約10 kmの天候要素に適用されることができる。天候要素に適用されるエネルギーの量は、約10ワット/kmのエネルギーである可能性がある。エネルギーは、ハリケーン、台風、熱帯サイクロン、サイクロン嵐、または他の天候要素の目など、異なる場所に適用され、天候要素を変化させたり、散逸させたりすることができる。さらなるエネルギーは、雷雨などの天候要素に適用されるか、隣接して適用され、これらはより深刻で成熟した天候要素に形成される可能性がある。エネルギーは、気流を変え、天候要素の方向を変え、温度勾配や逆転層を作成することができる。例えば、約2°Cから約12°Cの温度上昇を引き起こすことができる。エネルギー吸収要素は、天候要素に導入されることができる。これらの吸収要素はRFエネルギーを吸収し、それを熱エネルギーに変換し、これを天候要素に適用してこれらの結果を達成する。例えば、エネルギー吸収要素は酸化アルミニウム、プラスチック、または他の適切なRF吸収材料である可能性がある。吸収要素は、熱エネルギーの転送を促進するためにコーティングされることができる。適切なコーティングの1つは酸化鉄コーティングである。これらの要素は、沈降速度を最小限に抑えるために、表面積対質量比が大きくなるように構築されており、これにより空気の塊と「浮く」ことができる。エネルギー吸収要素は、天候要素と実質的に浮力を持つことが好ましい。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
図面を参照すると、同様の参照番号が全体を通じて対応する部分を表し、次のように示される。
図1Aは、自由浮遊するコンポーネントを持つ宇宙ベースの電力システムの実施形態を示す。
図1B-Dは、電力システムコンポーネントの位置決めと整列を制御するシステムの実施形態のビューを示す。
図1Eは、フェーズドアレイアンテナを持つ代替実施形態を示す。
図2A-Bは、コレクターまたは主ミラーの平面図および断面図を示す。
図3は、システムのミラー上のコーティングの断面図である。
図4A-Dは、膨張構造によって支持されるミラーの異なるビューを示す。
図5は、膨張ミラーと膜要素を使用した実施形態の図である。
図6は、膨張ミラーと膜要素を使用した実施形態の図である。
図7は、膨張ミラーと膜要素を使用した実施形態の図である。
図8は、膨張ミラーと膜要素を使用したさらなる実施形態の図である。
図9は、光起電力モジュールと太陽光集光器を持つ発電サブシステムの実施形態の図である。
図10は、光起電力モジュールと複数の太陽光集光器を持つ実施形態の図である。
図11は、太陽電池と光起電力モジュールコンポーネントを接続するための電力ケーブルを持つ発電サブシステムの実施形態の図である。
図12は、ワイヤレス伝送システムの実施形態を示す。
図13は、別のワイヤレス伝送システムの実施形態を示す。
図14は、反射ミラーに直接出力を提供するミラーと電力モジュールを持つ宇宙ベースの電力システムの実施形態を示す。
図15は、中間ミラーの間に配置された電力モジュールを持つ宇宙ベースの電力システムの実施形態を示す。
図16は、発電および伝送サブシステムのそれぞれに2つの中間ミラーを持つ宇宙ベースの電力システムの実施形態を示す。
図17は、発電および伝送サブシステムのそれぞれに3つの中間ミラーを持つ宇宙ベースの電力システムの実施形態を示す。
図18は、フロリダの沿岸でのハリケーンの衛星画像である。
図19は、1つの実施形態に従って天候要素に適用されるエネルギーを生成するための宇宙ベースの電力システムを示す。
図20は、実施形態で使用できる例示的な宇宙ベースの電力システムを示す。
図21は、嵐の経路に沿ってハリケーンを追跡する例示的な宇宙ベースの電力システムを示す。
37:図26は、ハリケーンの気流をさらに示しています；
0070 再度図1Aを参照すると、ミラー4は軸3の周りを回転し、ミラー5は集光器6を追跡します。適切な操縦により、第一折りたたみミラー4は入射した太陽光1を第二折りたたみミラー5に反射します。第二ミラー5は、光を1つまたは複数の集光器6（例えば、非イメージング集光器）に反射します。集光器6は、第二折りたたみミラー5から受け取った反射された太陽光1のビームの空間的不規則性を拡大し、滑らかにします。集光器6の出力は、RFまたは光学電力モジュール8の太陽電池7に向けられます。集光器を使用することで、全体の太陽電池ウエハを利用でき、より効率的なエネルギー生産が実現します。
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39:US 2006/020 1547 A1 は、二つ以上のコンポーネントの整列を示すことができます。変位システムは、センサーデータに応じて整列を調整するために、アクティブまたは非アクティブにできる一つ以上のスラスタ要素を含むことができます。
0082 図1Aを参照すると、一つの実施形態では、近接制御システムは宇宙に位置し、一般的に制御ユニットまたはセンサー2a、b（一般的に2a）、4a、b（一般的に4a）、5a、b（一般的に5a）、8a、b（一般的に8a）、10a、b（一般的に10a）およびスラスタ2de（一般的に2d）、4de（一般的に4d）、5.de（一般的に5d）、8de（一般的に8d）、および10de（一般的に10d）をそれぞれの電力システムコンポーネント2、4、5、8、および10に配置しています。図1Aに示されている実施形態は、近接制御システムコンポーネントの異なる数と配置を利用するさまざまな近接制御構成の単なる例示です。
0083 例えば、図1B-Dを参照すると、別の実施形態では、主ミラー2は四つのセンサーを含み、中間ミラー4および5は八つのセンサーを含みます。図1Cおよび1Dは、一つの可能なセンサー配置を示す断面図を示しています。示された実施形態では、主ミラー2の四つの近接制御システムセンサー2aとミラー4の対応する四つのセンサー4aが互いに見たり通信したりするように配置されています。同様に、ミラー4の四つの追加の近接制御システムセンサー4aとミラー5の対応する四つのセンサー5aが互いに通信するように配置されています。ミラー5の四つの追加ユニット5aとモジュール8の四つのユニット8aが互いに通信するように配置されています。さらに、エミッター9の四つのユニット9aと反射器10の四つのユニット10aが互いに通信するように配置されています。
0084 この構成により、三つのセンサーユニットを利用でき、グループ内の第四ユニットがバックアップユニットとして機能します。第四ユニットは、他のユニットの異常な動作を解決するためにも使用できます。さらに、もし一つのセンサーユニットのみが利用される場合、他の三つのユニットは最初のユニットをクロスチェックするために使用できます。
0085 したがって、示された実施形態では、制御システムは、隣接要素のセンサー間の通信に基づいて調整を行います。すなわち、互いに太陽光や他の信号を反射または受信することによって通信する要素です。例えば、主ミラー2、折りたたみミラー4および5、光学モジュール8および反射器10はすべてセンサーを含むことができます。ミラー2および4のセンサーは互いに通信し、ミラー4および5のセンサーは互いに通信し、ミラー5および光学モジュール8のセンサーは互いに通信し、光学モジュール8および反射器10のセンサーは互いに通信します。制御回路は、前述のコンポーネントのペアの整列に基づいてシステムコンポーネントを調整するように構成されています。調整は、他の数や組み合わせのシステムコンポーネントの整列に基づいて行うことができます。
0086 したがって、例えば、ミラー2と4の間のセンサーデータに応じて、ミラー4のスラスタがアクティブ（または非アクティブ）にされ、ミラー2に対してミラー4を再整列させることができます。同様に、ミラー2のスラスタもアクティブ（または非アクティブ）にすることができます。一つのシステムコンポーネントを再整列させた後、他の一つ以上のシステムコンポーネントも再配置され、システム全体の適切な整列を維持することができます。地球または他の惑星、天体、またはステーションにある監視システムもシステムコンポーネントの整列を監視および変更することができます。
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0087 一つの実施形態では、近接制御システム13は、立体カメラ、変調レーザーダイオード、およびレーザーなどの補完的かつ冗長な位置測定装置を使用します。例えば、レーザーは光学的にコヒーレントなビームの閉ループを形成し、システムコンポーネントの相対的な位置と方向の変化が、ループの各検出器での干渉パターンの変化を引き起こします。システム内の相対運動は、運動の方向を決定する光ビームのドップラーシフトも引き起こすことができます。これらの変化とシフトは、電力システムコンポーネントの相対的な位置を維持するために使用できます。例えば、サブミリメートル精度で。
0088 別の実施形態では、複数のレトロリフレクターおよび光学ターゲットが二つの集光器の周囲に配置され、能動的および受動的制御に使用されます。レーザー送信機/受信機および光学センサーは電力モジュールに配置され、最初の折りたたみミラーはこれらの構造の位置と方向を監視できます。光学センサーは立体画像を使用して正確な方向とおおよその範囲を測定できます。
0089 変調連続波（CW）レーザービームなどのレーザービームは、レトロリフレクターから反射されることがあります。戻ってきたビームの位相は、送信されたビームの位相と比較されます。パルスレーザービームはレトロリフレクターから反射され、飛行時間を測定することによって独立した範囲を決定できます。また、高度にコヒーレントなCWレーザービームのセットは、レトロリフレクターから反射され、送信されたビームと干渉計的に比較されます。
0090 一つの干渉フリンジの変化は、レーザー放出線の四分の一波長の範囲の変化に対応することができます。ホモダイン検出を使用することで、ビームのドップラーシフトは、範囲の変化率に比例するビート周波数を生成することができます。レーザー光の非常に高い周波数のため、毎秒一ミリメートルの速度を測定できます。したがって、位置と放射速度は近接制御システムで同時に測定できます。さらに、電荷結合素子（CCD）または立体カメラを使用して、隣接するシステムコンポーネントの空間的および角度的測定および範囲を取得できます。これらのデバイスは、システム要素を初期（おおよその）位置にナビゲートするためにも使用できます。
0091 別の実施形態では、近接制御システム13は、主に太陽風を使用し、第二にイオンスラスタおよび静電力を使用して、電力システム要素の正しい位置と方向を維持します。反射器および折りたたみミラーは、その周囲にパドルのような構造を持つことができます。パドルのハンドル部分は、ミラーに対して放射方向を指し、パドルは入射する太陽光に対して回転できるようになっています。パドルの適切な回転によって、反射器および折りたたみミラーにトルクと力を与えることができます。イオンエンジンは、パドルによって排除されない残留物を処理できます。さらに、あまり遠くない自由浮遊要素に対しては、緩い擬似テザーが制限を提供し、必要に応じて位置を維持するために反発力のみを使用することを許可できます。したがって、発明の実施形態は、システムコンポーネントの整列のための接続構造を排除または削減しますが、他の構成、アプリケーション、およびサポートにも適応可能です。別の実施形態では、近接制御システム13は軌道を使用します。
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42:システムのステーションキーピング燃料要件を最小限に抑える。小型の折りたたみミラーは他の軌道で飛行でき、システム全体を整列させ、焦点を合わせることができる。したがって、実施形態の柔軟性により、軌道上の燃料消費を削減することが可能である。
さらに、要素が自由に飛行するため、近接制御システムの制御下で、故障した要素は位置から移動させることができ、交換用の要素を位置に移動させることができる。この柔軟性により、軌道上のモジュール交換や高額なダウンタイムの必要性が簡素化される。故障したシステム要素は、近くの駐車軌道に配置することもでき、将来的に修理や他のミッションに使用することが可能であれば、すぐに利用できる。
宇宙ベースの電力システムは、宇宙での大規模な構造物の建設を可能にし、特に静止地球軌道における発電所の建設を実現可能にし、通常は重い接続構造に依存する以前のシステムの欠点を克服する。システムの要素は、大量のステーションキーピング燃料や構造物を使用せずに、正確に配置、方向付け、形状を整えることができる。
このシステムは、コーティング2aによる選択的反射の結果として、主ミラー2に対する光子圧を減少させるという追加の利点を提供する。より具体的には、コーティング内の機械的残留応力は、太陽光子圧に対抗し、光学的に平坦な表面を維持するように設定されている。選択的反射により、主ミラーに対する太陽光子圧を、例えばほぼ50%減少させることができる。太陽電池7への熱負荷をさらに減少させるために、最初の折りたたみミラー4は主ミラー2と同じコーティングを持つことができる。
さらに、大口径光学系を使用することで、大規模な太陽アレイや多くの小型コレクターの「ファーム」を必要としなくなる。むしろ、大きな反射鏡が太陽光を集め、はるかに小さな太陽アレイに集中させることができる。
技術分野の通常のスキルを持つ者は、さまざまなサイズ、材料、形状、光学要素の形式が他のシステム構成に使用できることを理解するだろう。さらに、技術分野の通常のスキルを持つ者は、実施形態がRF、赤外線、光学周波数を含むさまざまな周波数を使用できることを理解するだろう。システムコンポーネントは、さまざまな方法で組み立てることもできる。例えば、コンポーネントはそれぞれの軌道で別々に宇宙に飛行させることができる。その後、コンポーネントの指向方向を他のシステムコンポーネントとの整列のために調整することができる。
さらに、実施形態は異なる場所や環境で利用できる。例えば、電力は地球、月、他の惑星、宇宙ステーション、宇宙船、衛星を含むがこれに限定されないさまざまな宇宙および地上の場所に提供される。類似して、近接制御システムは、地球、月、他の惑星、宇宙ステーション、宇宙船、衛星などのさまざまな場所から電力システムコンポーネントの位置を制御できる。実施形態は、異なる数のミラー、膜、集光器、その他のコンポーネントで構成することもできる。さらに、システムの電力要素の異なる数が自由に浮遊することができる。例えば、特定の構成やアプリケーションに応じて、いくつか、ほとんど、またはすべての電力システムコンポーネントが自由に浮遊するか、コネクタから解放されることができる。
宇宙ベースの電力システムを使用した気象管理
図19を参照すると、別の実施形態によれば、宇宙ベースの電力システムSは、十分なエネルギー12を生成し、そのエネルギー12をハリケーンや他の気象要素1800に向けて指向し、気象要素1800を変化させ、弱めることができる。したがって、宇宙で生成されたエネルギーを地上受信ステーションにビームで送信して電気に変換するのではなく、代替の実施形態は宇宙からのエネルギー12に焦点を当て、そのエネルギー12を気象要素1800内の特定の位置および高度に適用する。
図20は、実施形態で使用できる宇宙ベースの電力システムを一般的に示している。例示的な宇宙ベースの電力システムSは、上記で説明した宇宙ベースの電力システムの実施形態を含み、図1A-17に示されている。技術分野の熟練者は、他の宇宙ベースの電力システムも利用できることを理解するだろう。
図21を参照すると、ある実施形態によれば、宇宙ベースの電力システム（図20に示されている）は、気象要素1800が嵐の経路2100に沿って移動する際にその気象要素1800を追跡する。追跡ビーム2110は、宇宙ベースの電力システムSによって生成されたエネルギー12であり、特定の気象要素1800のセクションを継続的に追跡するように制御できるか、または気象要素が経路2100に沿って移動する際に特定の地域に異なる時間に適用され、ハリケーン1800を弱めたり散逸させたりすることができる。
宇宙ベースの電力システムSからのエネルギー12は、気象要素1800に一度または複数回適用され、継続的、間欠的、または定期的に適用されることができる。気象要素1800に適用されるエネルギー12の量（例えば、時間および/または大きさ）は、気象要素1800の強さや宇宙ベースの電力システムによって生成されるエネルギー12に応じて変化することがある。
ある実施形態によれば、宇宙ベースの電力システムからのエネルギー12は、直径約1 kmから約10 km（例えば、約5 km）に焦点を合わせ、周波数は約2 GHzから約12 GHz（例えば、約10 GHz）、出力は約1 GWから約2 GW（例えば、約1.5 GW）である。宇宙ベースの電力システムの要素の一つ、例えば集光器やミラーは、気象要素1800に適用するためにエネルギー12を焦点を合わせるために使用される。
焦点を合わせたRFエネルギー12は、気象要素1800を変化させる。例えば、温度変化や異なる気流を誘発し、気象要素1800の強さを妨害し、減少させる。RFエネルギー12は、気象要素1800を異なる方向に異なる経路2100に沿って操縦するためにも使用できる。
ある実施形態によれば、初期または形成段階にあるハリケーンを特定し、RFエネルギー12を成熟して強い嵐に成長する前の弱い初期の嵐に適用することができる。別の実施形態によれば、成熟した嵐の一部にRFエネルギーを適用し、成熟した嵐を妨害し、弱めることができる。
焦点を合わせた宇宙からのRFエネルギー12によって操作および妨害できる気象要素や嵐には、ハリケーン、台風、熱帯サイクロン、雷雨、激しい熱帯サイクロン、激しいサイクロン嵐、熱帯サイクロン、その他の気象要素や嵐が含まれるが、これに限定されない。この仕様書は一般的に。
43:US 2006/020 1547 A1 は一般的に「ハリケーン」と「気象要素」を指し、これらの二つの用語は上記で特定されたすべてのタイプの嵐を含むように定義されている。さらに、技術分野に熟練した者は、ハリケーンや気象要素が異なる強さを持つ可能性があることを理解するだろう。例えば、ハリケーンはカテゴリー1、カテゴリー2、カテゴリー3、カテゴリー4、カテゴリー5に分類されることが知られている。実施形態は、これらのすべてのタイプのハリケーンにRFパワーを適用するために使用できる。したがって、実施形態は、さまざまなラベル、名前、強さを持つ嵐を妨害するために使用できる。
例えば、実施形態は、集中したRFエネルギー12がハリケーンまたは形成中のハリケーン1800に適用され、上陸時に結果として生じるハリケーンの強度がカテゴリー1を超えないようにすることができ、より強いハリケーンの形成を防ぐことができる。サフィア・シンプソンハリケーンスケールにおけるカテゴリー1のハリケーンは、風速が74-95 mph（64-82 ktまたは119-153 km/hr）であると定義されている。カテゴリー1のハリケーンによって引き起こされる嵐の高潮は通常、通常よりも4〜5フィート高く、建物構造に対する実際の損害は通常ない。損害は主に固定されていないモバイルホーム、低木、木々に及び、貧弱に構築された看板や一部の沿岸道路の洪水、軽微な桟橋の損害があるかもしれない。
実施形態は、より強いハリケーン1800の強度を減少させるためにも使用できる。例えば、カテゴリー4または5のハリケーンを、ハリケーンが上陸する際にカテゴリー3のハリケーンに減少させることができる。サフィア・シンプソンハリケーンスケールにおけるカテゴリー3のハリケーンは、風速が111-130 mph（96-113 ktまたは178-209 km/hr）であると定義されている。カテゴリー3のハリケーンによって引き起こされる嵐の高潮は通常、通常よりも9-12フィート高く、小さな住宅やユーティリティビルに対して構造的損害があり、カーテンウォールの故障が少しある。低木や木々にも通常損害があり、葉が吹き飛ばされ、大きな木が倒れることがある。モバイルホームや貧弱に構築された看板は破壊されるかもしれない。低地の避難経路は、ハリケーンの中心が到着する3〜5時間前に水位が上昇することで遮断される。沿岸近くの洪水は、小さな構造物を破壊し、大きな構造物は浮遊する破片による衝撃で損傷を受ける。平均海面から5フィート未満の地形では、内陸8マイル（13 km）以上の洪水が発生する可能性がある。海岸線から数ブロック以内の低地の住宅の避難が必要になるかもしれない。カテゴリー4のハリケーンは風速が131 mphから155 mphであり、カテゴリー5のハリケーンは風速が155 mphを超える。
以下は、ハリケーン1800がどのように形成されるか、ハリケーンを維持する気流、そして実施形態がこれらの気流を妨害してハリケーンを弱めたり排除したりする方法の説明である。
より具体的には、図22-24を参照すると、ハリケーンにつながる熱帯低気圧は主に三つの方法で形成される。図22は、雷雨のグループが整理されて一貫した嵐になることによって形成された熱帯低気圧を示している。図23は、中緯度の前線境界からの空気の収束によって熱帯低気圧が形成されることを示している。図24は、西アフリカからの東向きの大気波が収束して雷雨を形成し、熱帯低気圧を形成することを示している。実施形態は、ハリケーンの形成段階でこれらの気象要素1800にエネルギー12を適用するために使用でき、ハリケーン1800を変更するために必要なエネルギー12の量を減少させる。
図25および26は、典型的なハリケーン1800における気流を示している。温かい海水2500は、その上の空気2505を加熱し、温かく湿った空気2510が急速に上昇し、低圧の中心または目2515を形成する。風（貿易風）は低圧に向かって移動し、内向きの渦巻く風は上方に移動する。地球の回転により、上昇する柱がねじれ、比較的静かな空気の中心または目2515の周りを渦巻く円筒状の形状が形成される。冷たい空気2520は目2515を通って下方に移動する。実施形態は、ハリケーンが上陸する際にハリケーンの強度を減少させるために、ハリケーン1800の特定の部分にエネルギー12を適用するために使用できる。
図27を参照すると、ある実施形態によれば、エネルギー12はRFエネルギー（例えば、約1.5 GWのパワー）であり、宇宙ベースの電力システムS'によって生成され、より強い嵐に成長する可能性のある形成中の気象要素に向けられる。示された実施形態では、雷雨のグループ2701-2704が一貫した嵐に整理される過程にある。宇宙ベースの電力システムSからの集中したRFエネルギー12が、雷雨2701-2704の一つ以上またはすべての隣接に適用され、大気温度勾配を生成する。これらの勾配は雷雨の進路を変更する。その結果、雷雨2701-2704は合体したり収束したりして、より厳しい気象要素を形成することがない。RFエネルギーを使用して温度勾配を作成する方法の一つは、図28に示されている。宇宙ベースの電力システムSは、雷雨2701-2704または他の気象要素1800の近くの約5 kmの直径の空気の温度を大幅に上昇させることができる。宇宙ベースの電力システムSからのRFエネルギー12を使用して空気の領域を加熱することは、空気の流れを変化させ、雷雨2701-2704が収束するのを防ぐ。
図29を参照すると、別の実施形態によれば、宇宙ベースの電力システムSによって生成されたRFエネルギー12が、前線システム2901および2902の進路に向けられる。例えば、中緯度の前線システムである。図28に示されているように、RFビーム12は、例えば、5 kmの直径の円の上空の空気温度を大幅に上昇させることができる。加熱された空気の領域の位置は、流れの方向を変更するように選択され、前線2901および2902の収束を大幅に減少させ、より厳しい気象要素の形成を防ぐことができる。さらに別の代替実施形態では、宇宙ベースの電力システムSからのRFエネルギー12が、雷雨を形成するために収束している西アフリカからの東向きの大気波に適用されることができる。
ある実施形態によれば、宇宙ベースの電力システムSによって生成されたRFエネルギー12が、カテゴリー1のハリケーンの初期段階に適用される。カテゴリー1のハリケーンの形成は、海面温度、風速、降水量、水蒸気密度などのデータを提供する既知の気象衛星を使用して検出できる。このデータは、カテゴリー1のハリケーンが形成されるかどうかを判断するために分析またはモデル化される。この目的のために、図30を参照すると、アトランティック海の北緯約8度から20度の地域3000を監視することができる。ハリケーン1800はこれらの地域で最も頻繁に形成される。さらに、監視の範囲は水温に基づいて決定される。例えば、水温が約79°F（25°C）以上の地域が監視される。
図25および31を参照すると、ハリケーンの形成段階に適用されるだけでなく、実施形態は、ハリケーンの強度を減少させるために、既存の成熟したハリケーンの異なるカテゴリーにも適用されることができる。ハリケーン1800が形成されると、その初期段階であっても、目2515は下降する冷たい空気の領域である。目2515の空気がエネルギー12によって加熱されると、逆転層3100が形成される。
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RFエネルギー12が、宇宙ベースの電力システムSから特定の嵐のセクションに所望の精度で適用されないことを示しています。さらに、エネルギー吸収要素3200は、宇宙ベースの電力システムで所望の精度を得ることが、システムSが望ましいよりも複雑または高価になる場合に、所望の精度を得るために使用できます。
0149
より具体的には、RF吸収要素3200は、宇宙ベースの電力システムSからRFエネルギー12を収集し、RFエネルギー12を熱エネルギー3205に変換し、要素3200内で所望の位置に気象要素1800に蓄積します。言い換えれば、エネルギー吸収要素3200は、高い吸収性と周波数選択的な表面を提供し、ハリケーン1800と宇宙ベースの電力システムSとの間の中間エネルギーカプラーまたは伝送要素として機能し、ハリケーン1800の所望の位置に熱エネルギー3205を正確に蓄積します。
0150
ある実施形態によれば、エネルギー吸収要素3200はRF吸収チャフです。チャフは、RFエネルギー12の波長の約50％の長さを持つ材料から製造できます。ハーフウェーブダイポールは電流を最大化し、最大のオーム（IR）損失を与えます。ある実施形態によれば、10GHzのRFビーム12で使用するためのチャフ3200の寸法は、長さが約0.6インチ、幅が約0.01インチである可能性があります。チャフ3200は、厚さが約0.001インチである可能性があります。好ましくは、チャフ3200の表面積対質量比は十分に大きく、チャフ3200が気象要素1800の空気内で移動または浮遊することができます。例えば、チャフ3200は、ほぼ中立浮力でハリケーン1800内に維持されることができます。技術者は、RF吸収要素またはチャフ3200のサイズと形状を選択して、ハリケーン1800内で所望の浮力を提供し、RFエネルギー12をハリケーン1800に熱エネルギー3205として所望のカップリングを提供できることを理解するでしょう。
0151
チャフ3200の材料は、所望のオーム（IR）損失を得るために選択され、さまざまな材料で構成されるか、または含まれることがあります。ある実施形態では、チャフ3200は酸化アルミニウムまたは他の適切なRF吸収材料です。別の実施形態では、チャフ3200はプラスチックまたは他の低密度材料であり、RF吸収材料でコーティングされています。さらに別の実施形態では、チャフ3200は、酸化鉄または他の適切なRF吸収材料のコーティングを含みます。さらに、チャフ3200および/またはコーティング材料は、均一または非均一に設計されることがあります。例えば、チャフ3200の表面は、異なる厚さの領域を含むことができ、例えば、定期的に変化する通常の領域と薄い領域です。チャフ3200またはコーティングは、RFエネルギーを熱3205に変換するための抵抗性材料のフレークを含むことができます。チャフ3200は、1つの材料または上記で議論された材料の組み合わせで作成できます。
0152
技術者は、最適な熱吸収要素3200の材料と特性はRFエネルギー12の周波数に依存する可能性があることを理解するでしょう。異なるタイプ、数、形状、サイズ、および重量の熱吸収要素3200を使用して、ハリケーン1800内の所望の位置にエネルギーを提供できます。したがって、上記の材料、コーティング、および寸法の例は、制限ではなく、説明と説明の目的で提供されています。
0153
本発明の実施形態は、発展中または成熟したハリケーンや他の気象要素に対して、RFエネルギーの重要なレベルを挿入して、その成長を抑制し、ハリケーンを消散させる可能性を提供します。実施形態によって実現できる利益は膨大であり、住宅、商業、インフラの損失や強風に関連する人的損失によって引き起こされる重大な経済的損失を回避できます。実施形態によって提供されるさらなる利益は、RFエネルギーが太陽から生成され、基本的に年中無休で24時間利用可能であることです。熱吸収要素またはチャフは、宇宙ベースの電力システムによって生成されたエネルギーを嵐の特定の位置に適用するためにも使用できます。記載された実施形態には、発明の範囲から逸脱することなく、特定の無視できない修正、変更、および代替が行われる可能性があります。
What is claimed:
宇宙生まれのエネルギーを使用して気象を変更する方法であって、以下を含む：宇宙ベースの電力システムを使用して宇宙でエネルギーを生成すること；および生成されたエネルギーを気象要素に適用して、気象要素を変更し、弱めること。
請求項1の方法であって、宇宙でエネルギーを生成することは、約2GHzから約12GHzの周波数でRFエネルギーを生成することを含む。
請求項2の方法であって、宇宙でRFエネルギーを生成することは、直径が約1kmから約10kmの集中RFエネルギーを生成することを含む。
請求項1の方法であって、生成されたエネルギーを適用することは、気象要素に約10ワット/kmのエネルギーを適用することを含む。
請求項1の方法であって、生成されたエネルギーを適用することは、生成されたエネルギーをハリケーンに適用することを含む。
請求項5の方法であって、生成されたエネルギーをハリケーンに適用することは、生成されたエネルギーをハリケーンの目に適用することを含む。
請求項6の方法であって、ハリケーンの目に生成されたエネルギーを適用することは、生成されたエネルギーを目の上部または中部に適用することを含む。
請求項1の方法であって、生成されたエネルギーを適用することは、生成されたエネルギーを台風、熱帯サイクロン、またはサイクロン嵐に適用することを含む。
請求項1の方法であって、生成されたエネルギーを適用することは、生成されたエネルギーを複数の雷雨に適用することを含む。
請求項1の方法であって、生成されたエネルギーを適用することは、海面から約20,000メートルの高度で生成されたエネルギーを適用することを含む。
請求項1の方法であって、気象要素を消散させるために十分な生成されたエネルギーを適用することを含む。
請求項1の方法であって、気象要素がハリケーンであり、生成されたエネルギーを適用することは、ハリケーンの強度を少なくとも1カテゴリー減少させることを含む。
請求項1の方法であって、生成されたエネルギーを適用することは、気象要素のセクションの温度を変更することを含む。
請求項13の方法であって、温度を変更することは、温度を約2°Cから約12°Cに上昇させることを含む。
請求項1の方法であって、生成されたエネルギーを適用することは、気象要素のセクションの気流を変更することを含む。
請求項15の方法であって、気流を変更することは、気象要素のセクションの下向きの気流を変更することを含む。
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請求項15の方法、生成されたエネルギーを適用して逆転層を作成し、逆転層は空気の流れの温度よりも高い温度であり、空気の流れを妨げるか停止させる。
請求項1の方法、生成されたエネルギーを適用して気象要素の経路の方向を変更する。
請求項1の方法、生成されたエネルギーを適用して気象要素が経路に沿って移動する際に生成されたエネルギーを繰り返し適用する。
請求項1の方法、さらに1つ以上のエネルギー吸収要素を気象要素に挿入することを含み、エネルギー吸収要素は宇宙ベースの電力システムによって生成されたエネルギーを吸収し、吸収されたエネルギーを熱エネルギーに変換して気象要素に転送し、気象要素を変更および弱体化させる。
宇宙由来のエネルギーを使用して気象を変更する方法、以下を含む：宇宙で宇宙ベースの電力システムを使用してRFエネルギーを生成する；生成されたRFエネルギーを集中させる；集中したRFエネルギーを気象要素に適用して気象要素を変更および弱体化させる。
請求項21の方法、集中したRFエネルギーを適用することを含み、直径約1 kmから約10 kmの集中したRFエネルギーを適用する。
請求項21の方法、集中したRFエネルギーを適用することを含み、周波数約2 GHzから約12 GHzの集中したRFエネルギーを適用する。
請求項21の方法、集中したRFエネルギーを適用することを含み、気象要素に約10ワット/kmの集中したRFエネルギーを適用する。
請求項21の方法、集中したRFエネルギーを適用することを含み、気象要素が経路に沿って移動する際に集中したRFエネルギーを繰り返し適用する。
請求項21の方法、さらに1つ以上のエネルギー吸収要素を気象要素に挿入することを含み、エネルギー吸収要素は宇宙ベースの電力システムによって生成された集中したRFエネルギーを吸収し、吸収されたエネルギーを熱エネルギーに変換して気象要素に転送し、気象要素を変更および弱体化させる。
請求項21の方法、生成されたRFエネルギーを適用して気象要素のセクションの空気の流れを変更する。
請求項27の方法、空気の流れを変更することを含み、気象要素のセクションの下向きの空気の流れを変更する。
請求項21の方法、生成されたRFエネルギーを適用して逆転層を作成し、逆転層は空気の流れの温度よりも高い温度であり、したがって空気の流れを妨げるか停止させる。
請求項21の方法、生成されたRFエネルギーを適用して気象要素の経路の方向を変更する。
宇宙由来のエネルギーを使用して気象を変更する方法、以下を含む：宇宙で宇宙ベースの電力システムを使用してRFエネルギーを生成する；生成されたRFエネルギーを直径約1 kmから約10 kmに集中させる；および2006年9月14日、気象要素に対して少なくとも約10ワット/kmの集中したRFエネルギーを適用して気象要素のセクションの温度を変更し、気象要素を弱体化させる。
宇宙由来のエネルギーを使用して気象を変更する方法、以下を含む：宇宙で宇宙ベースの電力システムを使用してRFエネルギーを生成する；生成されたRFエネルギーを直径約5 kmに集中させる；気象要素に対して少なくとも約10ワット/kmの集中したRFエネルギーを適用し、したがって気象要素の空気の流れを変更し、気象要素を弱体化させる。
請求項32の方法、少なくとも10ワット/kmの集中したRFエネルギーを適用することにより逆転層を作成し、逆転層は空気の流れの温度よりも高い温度であり、したがって空気の流れを妨げるか停止させる。
宇宙由来のエネルギーを使用して気象を変更する方法、以下を含む：気象要素に1つ以上のエネルギー吸収要素を挿入する；宇宙で宇宙ベースの電力システムを使用してRFエネルギーを生成する；生成されたRFエネルギーを集中させる；少なくとも約10ワット/kmの集中したRFエネルギーを1つ以上のエネルギー吸収要素に向けて指向し、これらの要素は宇宙ベースの電力システムによって生成された集中したRFエネルギーを吸収し、吸収されたエネルギーを熱エネルギーに変換して気象要素に転送し、気象要素を変更および弱体化させる。
気象を変更するための宇宙ベースの電力システム、以下を含む：宇宙における複数の電力システム要素、複数の電力システム要素は、宇宙の1つの電力システム要素から太陽光を受け取り、宇宙の別の電力システム要素に太陽光を送信する少なくとも1つの中間電力システム要素を含む；および隣接する電力システム要素の制御システム要素間の通信に基づいて1つ以上の自由浮遊電力システム要素の整列を維持する分散制御システム、宇宙における複数の電力システム要素には分散制御システムの制御システムコンポーネントが含まれる；複数の電力システム要素の1つ以上の要素は自由浮遊しており、複数の。
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