Ali Pourahmad 的发明 | 类别：世界新发明 | 相关：科学发现与技术发明
一种利用地球自转产生的无穷能量的空间磁力发电机，它使用激光将产生的电力传输到接收站。 | 利用地球自转发电
◉ 发明：利用地球自转发电
◉ 发明人及专利所有人：阿里·普拉赫迈德
◉ 类别：世界各地发明家的新发明
◉ 简介和目标:
本文简要介绍了一种用于在太空发电并使用激光将产生的电力传输到地球上接收器的磁力发电机的发明。
当今世界，电力的重要性日益凸显，大型高耗能服务器、人工智能（RAI）、机器学习、深度学习、大型语言模型（LLM）和高性能计算（HPC）等技术的快速发展，促使相关行业的专家和创新者加大力度，克服开发新能源的技术壁垒。然而，发电和输电两大挑战仍然严重制约着其他电力相关产业的快速发展。近年来，人们尝试了多种发电方法，例如利用可再生燃料发电以及利用微波或激光波段输电，但应用范围有限。 尽管美国国家航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）、安盛集团（AXA）等航天机构以及Overview Energy、洛克希德·马丁、空中客车公司（Airbus SE）、SpaceX和蓝色起源等私营公司都在研究、集思广益并投资开发新的太空发电方法，但与传统方法相比，新方法成本高、效率低，在发电和输电方面尚未取得显著成功。
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◉ 类别：世界各地发明家的新发明
这些限制促使我提出了一种在地球同步轨道（GEO）上无需太阳能电池板即可发电的新思路。为了将太空产生的能量传输到地球，我采用了近年来发明和发展的一种技术，即宽波束红外激光。虽然在地球同步轨道上，几乎直射的阳光足以让卫星上的太阳能电池板在夜间发电，但目前常用的方法面临两个成本极高的限制：首先，与磁力发电机相比，太阳能电池板的功率输出较低；其次，需要在太空中扩大电池板的尺寸才能建造大型太空太阳能发电站。 我设计的"太空磁力发电机"方案无需像太阳能发电厂那样建造庞大的系统。另一方面，"太空磁力发电机"的输出功率效率远高于大型太阳能电池板系统，我在本文的技术描述部分对此进行了详细描述。
为了更好地理解基于地球同步轨道（GEO）的"空间磁力发电机"的构想，我需要指出地球周围常用轨道的潜力和特征，这些轨道能够将地球自转转化为我构想中的无限能量。低地球轨道（LEO）位于海平面以上160至2000公里处，是目前使用最频繁的地球轨道。位于该轨道上的物体速度极高（相当于每小时28000公里），使其能够在90至120分钟内绕地球一周。 低地球轨道（LEO）的优势包括其距离地球近，便于进行高质量成像，以及卫星通信延迟低至25毫秒。LEO轨道的一个主要局限性是与大气层外分子摩擦，这会逐渐降低卫星速度，以至于几年后必须使用推进器重新修正卫星轨道。
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下一个轨道是中地球轨道（MEO），其高度在2000至35786公里之间，被认为是低轨道和高轨道的分界线。在这个轨道上，绕地球一周需要2到12个小时。中地球轨道的优势在于：卫星对地球表面的覆盖范围更广，部署的卫星数量更少，因此碰撞概率更低，并且不受大气分子摩擦的影响。GPS等卫星导航系统就位于这个轨道上，其高度约为海平面以上20000公里。目前使用的最远轨道是地球静止轨道（GEO），其高度精确为35786公里。地球静止轨道位于赤道上方，被认为是用途最广泛的太空轨道之一。 地球同步轨道的高空使得卫星绕地球自转的速度与地球自转的速度完全一致，即24小时完成一次完整的自转。因此，任何置于地球同步轨道（GEO）上的物体都会始终保持在固定点上方，并沿着地球自转方向持续运动。地球同步轨道的优势包括：由于卫星位置固定，通信不存在不确定性；可以与固定的地面天线进行持续通信；以及无需持续跟踪发射器和接收器。绝大多数通信基础设施卫星、电视网络卫星、气象观测卫星和军事卫星都位于地球同步轨道上。
值得注意的是，"空间磁力发电机"的构想只能在地球同步轨道上实现，因为"空间磁力发电机"需要固定部署，并且产生的电力需要通过激光束传输。近年来，日本、美国、中国和欧洲的领先企业几乎都致力于利用太阳光或地球磁极在太空发电。另一方面，地球自转作为一种潜在的能源来源，多年来一直吸引着人类的关注，但如何从地球这个巨大球体的自转中产生无限且持续的能量，仍然是一个严峻的挑战。 本文旨在介绍一种可行性高、效率高的新方法，该方法无需阳光，仅利用地球轨道，即可利用地球自转发电。简而言之，由于地球巨大的表面积自转以及强大的引力导致地球质量的稳定性和惯性，直接利用地球自转发电或许是不可能的。但是，利用地球外轴周围低引力、分子摩擦力极弱甚至为零的轨道，则可以产生源源不断的能量。
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◉ 本发明技术说明:
"空间磁力发电机"能够在地球同步轨道（MEO）、低地球轨道（LEO）和中地球轨道（GEO）上工作并发电，但发电之后唯一的挑战是如何以最小的能量损失和浪费将能量从太空传输到地球表面。虽然可以从中地球轨道和低地球轨道传输能量，但这两个轨道传输系统成本高昂且复杂，因此我选择了成本更低的发电轨道——地球同步轨道。在地球同步轨道上，无需复杂的多套传输系统，即可将能量从太空传输到地球。 在地球同步轨道（GEO）上，我们可以通过两种方式将产生的能量传输到地球：微波功率传输和激光功率传输。然而，由于地球同步轨道距离地球36000公里，这两种方法都需要升级和加强自适应光学和多维接收器（AO-MDR）等系统，以提高激光传输的功率。
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第一种方法是微波能量传输，它利用频率范围在300 MHz至300 GHz的电磁波进行能量传输。当然，由于控制微波束涉及诸多因素，这种方法仍需进一步发展。除了利用微波将能量从太空传输到地球的可能性之外，人们仍然对有害辐射（微波辐射）对人类健康的影响存在诸多担忧。因为如果这些波以高强度辐射，将会严重危害人类、动物和鸟类的健康。 然而，在这种方法中，对于效率更高的（超过 85%）接收器转换阵列，我们需要升级和改进各种部件，例如转换效率更高的二极管、阵列更好的阻抗匹配以及其他部件，这些都是配置强大传输系统的重要因素。
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第一种能量传输方式需要改进和升级微波传输系统，而第二种方式，即激光传输，则可以在最大限度减少功率损耗的情况下实现更高的能量传输效率。目前，中国、日本和美国的公司通过升级和改进激光能量传输系统已取得显著成果，这为聚焦太空能源生产铺平了道路。例如，中国科学院与北京无线电通信大学的联合项目，通过升级自适应光学和多维接收器的协同基础设施，实现了从36705公里超远距离以每秒1吉比特的速度进行激光能量传输。 他们使用了一种多板转换器，将激光信号分成八个独立的通道，然后由一个特殊的智能芯片选择最佳信号并在地面站进行组合。这种信号收发的成功率超过91%，这在激光传输稳定性方面实现了难以想象的飞跃。虽然本文主要阐述"空间磁力发生器"的结构，但考虑到能量传输方法的重要性，以及更好地理解如何利用"空间磁力发生器"将太空产生的能量传输到地球，我认为有必要简要介绍一下能量传输方法。
如本文末尾视频所示，"空间磁发生器"利用两个环绕其中心轴的自旋转动，在空间无摩擦的条件下，实现无损耗的无限循环重复运动，最终使环在惯性空间中保持连续状态。在地球轨道高度（GEO）的微弱引力、地球磁轨道的旋转振荡以及地球同步轨道分子摩擦的无作用下，"空间磁发生器"绕其旋转轴的惯性矩系数（一阶势理论）得以完全产生，并且轴线的旋转以连续电荷序列的形式持续进行。 如果我们想要防止"空间磁力发电机"自旋，就需要一个控制系统来保持方向并减小旋转幅度。然而，由于这种发电机的自旋是其持续产生能量的基础，因此除了智能机器人检测和维修之外，没有必要进行此类控制。为此，我为这类空间发电机设计了一个系统，我将在下文中进行解释。
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"空间磁力发电机"由两部分组成。第一部分是固定设备，第二部分是自主设备。之所以将"空间磁力发电机"的物理结构分为固定部分和运动部分，是因为运动部分利用轨道自转的势能实现自身旋转并产生能量，而固定部分则作为传输系统，负责将产生的能量输送回地球。 然而，由于缺乏摩擦力且处于地球同步轨道，固定部分并非始终处于精确的固定方向，而是以24小时为周期绕地球自转。为了解决这个问题并获得精确的姿态稳定性系数，我在机身固定部分使用了4个推进器、2个GPS天线和2个星敏感器相机，以便轻松校正该发电机中激光器朝向地面的方向，从而通过红外波段传输电力。
◉ 点击下方任意图库图片即可放大查看。:
当推进器执行器组件偏离预定路径并接收到关于前端坐标变化的误差时，它会接收来自GPS定位天线的指令，将自身定位到接收站的路径上。利用地球定位接收机的相机和星敏感器快速处理路径修正后，会向推进器发送电信号，施加必要的压力，以使激光波段坐标与地球上接收站的坐标精确对准并稳定。利用这套组合导航系统，"空间磁发生器"的固定部分可以全天候24小时不间断地定位在地面定位站的路径上。 在设计鼻锥光学系统时，我借鉴了NASA的太字节宽带红外传输（TBIRD）技术，旨在实现单路径上的最大数据传输速率（每秒千兆比特）。这项技术能够在红外波段实现最大功率传输，同时最大限度地减少信号损耗和光散射。通过使用多平面转换器，将激光信号分成多个独立通道，并在地面站重新组合最佳和最强的信号，可以克服在不稳定大气条件下（例如空气中颗粒物增多或雾雨）可能出现的信号损耗问题。
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正如本文末尾的图片和视频所示，我在自推进部分的设计中运用了多种物理原理，而自推进部分实际上是"空间磁力发生器"最重要的部分。为了使其能够受到地球轨道自转和引力的影响，我将自推进部分分为四个系统。在构成外壳的第一个系统中，一个能够非常平稳地旋转的环通过两个轴承与固定部分的本体相连。当这个大环处于地球轨道上，没有分子摩擦力时，由于地球引力和地球自转（GEO）的作用，它会绕着与轴承相连的水平轴旋转，并自主地从静止状态转变为旋转状态。 在这种运动状态下，由于轨道（地球同步轨道）内不存在环境摩擦，第一段大环绕着与固定段相连的轴线持续旋转，永不停息。该环内部设有导线和电路，用于将电能传输至固定段，然后将其转换为太字节红外信号，并通过"空间磁发生器"的前端光学系统传输。
在自推进部分的第二系统中，一个旋转非常平稳的环通过两个轴承安装在第一系统环内。该环的半径小于第一系统环的半径，因此可以无摩擦地安装在第一系统环内。第二系统环的内部装有紧密排列的定子线圈，这些线圈负责产生电压。通过将固定的定子线圈置于（由旋转的转子环产生的）磁场中，会产生电子运动，最终产生电压。 定子铁芯是一个带槽的金属体，实际上由多个铁环组成。这些铁环以垫状连接在一起，线圈缠绕在铁芯的槽内，线圈与定子铁芯之间没有直接连接，而是通过绝缘层隔开。在第一系统环内，线圈连接在一起，其连接点位于定子输出功率的前端光学系统上，用于将太字节级红外信号传输到地面接收器。
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在自推进部分的第三系统中，一个旋转非常顺畅的环通过光滑的滚槽安装在第二系统环内。该环的半径也小于第二系统环的半径，以便能够无摩擦地顺畅地安装在第二系统环内。第二系统环的内体是转子驱动和旋转部件的所在位置，用于为定子（第二环）产生磁场或磁力。旋转转子环所需的机械力来自重力、轨道旋转力、无摩擦因素（以提高旋转速度）以及其在第二环内的悬浮状态。 该发电机的转子轴设计成一个由八个独立磁性部件组成的轴，这些部件在机械力的作用下于第二系统环内旋转。"太空磁发电机"的转子上有一组线圈，这些线圈缠绕在第二系统环的轴上，并固定在耐太空环境的塑料框架内。为了产生磁场，需要在转子环周围的线圈中通电，电流由小型电池提供。这样，第三系统环带动第二系统环定子线圈附近的磁体运动，从而产生稳定的电子流，该电子流即为电压。
在自主部分的第四系统中，两个旋转非常平稳的非平衡杠杆安装在第三系统环本体的两侧。这两个杠杆的尺寸与第三系统环的直径相同，并且每个杠杆的末端都加装了一个弧形锤头。为了保证每个杠杆的平稳旋转，每个杠杆的纵向轴线上都安装了一个液压泵，该液压泵连接着两个机械臂。实际上，这些液压泵的作用是补偿杠杆连接轴线的不平衡。 杠杆连接轴采用不平衡设计的原因在于，利用轨道引力产生连续电荷，且不受任何摩擦力的影响。这样，在提高第三系统回路（发电机转子）转速的同时，便能形成稳定的组合物理状态，从而实现连续无限旋转。第四系统中的这种组合物理状态，与系统1、2和3的旋转运动物理状态相结合，最终导致"空间磁发电机"自驱动部分的无限旋转。
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如本文末尾视频所示，由于地球同步轨道（GEO）的运动机制，空间磁发生器中与鼻锥光学系统相连的固定部分与连接主体的自主部分之间形成稳定的运动。然而，由于轨道旋转的引力和缺乏摩擦力，空间磁发生器的整个主体可能发生旋转，从而导致路径误差和信号偏差，最终由于红外波段坐标向地面接收器的偏差而造成光散射。 为了解决这个问题，我在"空间磁力发生器"本体两侧设计了两个GPS跟踪天线，以及两个星敏感器摄像头和两个地球定位接收器摄像头。这样，当路径发生偏差时，系统会向与本体相连的四个推进器发送智能坐标校正脉冲。推进器会根据偏差大小启动，并将"空间磁力发生器"的激光光学探头重新定位到正确的路径上，并指向地球定位接收器。
关于"空间磁发生器"的发明，以及当今人类关注的一个重要问题，是地球轨道上的卫星设备碎片。每个轨道，特别是地球同步轨道（GEO）的空间有限，导致空间碎片逐渐且不断累积，这已成为未来地球面临的一个根本性且危险的问题。 由于所有在轨卫星（地球同步轨道）必须位于完全相同的高度且在赤道上方，因此该轨道上的"空位"数量有限。当一颗卫星达到使用寿命终点时，必须将其转移到墓地轨道（比地球同步轨道高几百公里），以便为新的卫星或设备腾出空间。为了彻底解决任何体积和高度的太空碎片问题，从而清理地球周围所有轨道，我发明了一项实用装置。在完成知识产权注册后，我将在"科学星球媒体"网站的后续文章中介绍这项装置。
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与其他发明一样，这项发明也具有进一步发展和优化的潜力。利用"太空磁力发电机"，无需阳光即可从太空源源不断地生产能源，并可在世界各地全天候使用，从而为能源生产做出重大贡献。
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◉ 一段视频展示了利用地球自转的无限能量，并通过激光将产生的电力传输到接收站的太空磁力发电机。/ 类别：阿里·普拉赫迈德的发明
◉ 本视频动画创作者：Ali Pourahmad
◉ 本视频的音乐作曲家：Ali Pourahmad
◉ 叙述者：阿里·普拉哈迈德
◉ 语言：英语
◉ 字幕：无
关于本文的发明者和作者:👇
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◉ 阿里·普拉哈迈德奖
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◉ Ali Pourahmad 器乐
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