一、引言
对接扣件>多孔管无线能量传输（Wireless Power Transmission，WPT）系统是指不依赖能源输送线，利用微波、激光等无线手段，向特定环境下工作的目标机器提供能源支持，使其顺利完成指定任务的能源输送系统。目前，尽管无线能量传输的效率低于有线传输，但浩瀚的宇宙空间是无法铺设电力传输线的，而无线能量传输技术成为向远端供电的唯一选择。当前美国国家航空航天局、日本宇宙航空研究开发机构、欧洲航天局等纷纷开展了无线能量传输技术的研究。2002年，德国开展了激光驱动小车验证试验。2006年日本近畿大学开展了室内电动风筝和直升机激光供能试验。2009年美国开展了激光驱动太空电梯试验，2012年美国洛克希德-马丁公司与美国激光动力公司成功试验了一种新型激光能量传输系统，实现对“潜行者”（Stalker）无人机室外无线充电。2014年中国山东航天电子技术研究所首次实现了两个飞艇之间的激光无线能量传输试验。随着无线能量传输技术的发展，在向卫星、机器人、空间探测巡视器等类似平台供电方面将得到越来越多的应用，并将有力促进航天技术的发展。 本文主要对无线能量传输技术的分类、应用需求进行了介绍，并以激光无线能量传输系统为
例，对系统组成、关键技术以及未来的发展趋势进行了展望。
二、无线能量传输技术分类及应用需求
目前，实现无线能量传输的方式主要有4种:感应耦合、磁场共振、激光、微波等不同形式，如图1所示。应急调度
4种能量传输手段各有特点，其中，电磁感应传能和磁场共振耦合传能的方式在近距离情况下可以获得较理想的传输效率，而随着传输距离的增加，其效率迅速下降，在较远距离情况下能量损耗比较严重；微波无线能量传输技术可实现中远距离能量传输，其突出优点是大气穿透能力强，传输功率大，但微波手段的发射和接收天线尺寸都较大，对电子设备有强电磁干扰，同时由于弥散与不期望的吸收与衰减，传输效率相对较低，限制了微波无线能量传输技术的应用；激光无线能量传输技术以大功率激光光束为能量介质，利用光电效应实现能量传输，适于中远距离无线能量传输。由于激光光束发散角度小、能量密度大，传输和接收设备口径较小，非常适合于空间应用。但是激光在穿越大气时，由于波长短，受大气影响严重（激光透过率最高为0.8，微波为0.9），因而对传输效率的影响很大。虽然中红外波段大气窗口（3～5μm，8～14μm）可以减弱大气影响，但目前该波段的大功率
激光器的效率较低。而近年来大功率、新型激光发射器技术、高效率光电转换技术的发展，为激光无线能量传输技术的进一步研究应用提供了现实基础。
2.1 适合于空间在轨操控的无线能量传输
当前空间在轨活动日益增多，包括交会对接、航天员出舱活动、在轨维护与服务等。在越来越多的空间非固定活动中，需要解决对灵活轨道设备的能量供给问题。而无线能量传输在实现对空间机械臂、航天员出舱活动工具、在轨更换单元（ORU）等在轨操控设备（图2）能量供给方面，提供了快速、方便的解决手段，根据感应耦合、磁场共振和激光无线能量传输的特点，可提供近、中、远不同距离上的解决方案。
油管吊卡
感应耦合电能传输采用非接触的变压器线圈传能，具有较高的传输效率，可以能源模块的形式方便地进行ORU设备能量交换；磁场共振式无线能量传输系统，具有使能量传输通道绕过金属的突出特点，可采用安装能量主发射线圈，而各个接收部分安装谐振线圈的无线能量传输方式，用于机械臂关节、出舱活动工具的无线供能；激光无线能量传输系统以其体积小、质量轻、传输距离远的特点，可用于对伴飞卫星、维护卫星等进行远距离的无线电能供给。
2.2 航天器传感器网络中的无线能量传输
目前，随着空间任务的扩展，航天器组成和结构越来越复杂，航天器在发射、运行及回收过程中，其系统运行状态可为航天器故障评估处理、重复使用检测、新型航天器设计等提供重要的信息支持。而无线传感器网络将在航天器健康监测中发挥重要作用，同时在深空探测领域，可以使用无线传感器网络来进行行星环境的探测，借助于航天器布撒的传感器节点实现对星球表面大范围、长时期、近距离的监测和探索。图3所示为NASA的空间探索计划无线传感网络，系统由数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元和电源管理单元等组成。目前电源管理单元一般采用微型纽扣B的立体图电池供电，其寿命将影响到网络节点的寿命，而无线能量传输技术为这一关键问题提供了很好的解决途径。通过采用磁场共振式无线能量传输方式，可方便地实现对分布于各处的无线传感器网络节点供电。该技术的运用为整星健康状态的感知提供了有效解决手段，可满足在轨应用的需求
调频器
2.3 卫星之间无线能量传输
分布式可重构卫星是由多个模块化航天器编队飞行构成的新型航天器，具有任务可重构、抗损能力强的突出特点。由于模块化航天器体积、质量、功能和组成受限，集飞行的能
量供给成为制约技术发展的难题。无线能量传输技术可应用于分布式可重构卫星［4］、多个卫星组成的编队飞行中，一旦某一卫星出现能源采集系统故障，或者因遮挡等因素无法采集太阳光能源时，其他正常工作的卫星就可以采用无线方式为其输送能源，保证每个卫星的能量供给，如图4所示。该技术可有效提高卫星系统在轨修复的可行性，延长卫星寿命，降低卫星成本。鉴于航天器间的距离较远，目前可行的方案集中于激光无线能量传输和微波无线能量传输两种方式。
2.4 星地之间无线能量传输
无线能量传输技术还可应用于空间太阳能电站。1968年，P.E.Glaser首次提出了在地球同步轨道上建造太阳能发电卫星的概念，以满足天基和地基的电力需求，如图5所示。这就需要在地球同步轨道到地面的36 000 km距离上建立无线能量传输通道。目前，各国专家将研究重点集中在微波和激光两种无线能量传输方式上
2.5 深空探测无线能量传输
无线能量传输技术可应用于载人登月及其他深空探测任务，如使用着陆器给巡视器等移动
设备供给能量、月球基地与电站之间能源供给（图6）、月球卫星与着陆器之间的能源供给等，为巡视器无线供能能够极大拓展巡视器的活动范围。
2.6 无人机无线能量传输
无人机具有体积小、质量轻、机动性好、飞行时间长和便于隐蔽等特点，特别适用于执行危险性大的任务。当前，无人机逐渐成为作战、侦察及民用遥感的飞行平台。小型无人机大多使用电力发动机，一般由锂电池来驱动，然而电池的能量密度远低于燃油，严重限制了无人机的续航性能。而无线能量传输技术的发展为提高无人机的续航能力提供了一种有效的解决方法，其中采用激光方式是目前实现电动无人机无线传能的首选，又称为激光射束驱动无人机技术。
