Space Solar Power   Thomas Lynch      Boeing
Sun Tower Concept             15 kM bed length             3 GW output beam             < 5 cents/kW­Hr             $125B ...
Introduction            IntroductionLaser Beam to Existing Photovoltaic Solar Array
Satellite Concept of Operation                     1. Concentrator focuses                      sunlight on space­based   ...
Transmitter Face and Robot                     83,841,250 Radiating ElementsMicrowave (5.8GHz)   2.141 GW Radiated        ...
Solar Cell Efficiency vs Wavelength                                                    1kW/m2                             ...
Economic and Market Factors ­ General Cost Findings               –  For 1996, U.S.                    •   Generating cost...
Preliminary Observations ­ Market                                  Growth In Electric Capacity Supply                     ...
SPG Pointing Accuracy, Structural Control Trades• Pointing   – Off pointing : % of capture (2 degrees of control)   – Surf...
Robotics• SSP must be managed by robotics  – Installation   – Perform maintenance  – Affect repairs• All are imperative to...
LEMUR                       Legged Excursion Mechanical Utility Robot                    LEMUR  A new type of autonomous n...
LEMUR             Legged Excursion Mechanical Utility Robot• Accomplishments   – Designed and integrated LEMUR mobile     ...
Hyper Redundant Intelligent SystemsDescription•Develop small,  identical robotic elements that can  accomplish tasks colle...
Hyper Redundant Intelligent Systems• Benefits  – Highly Redundant (> 7 DOF) serial     link manipulator chains  – Capable ...
Assessing Technology Readiness LevelsSystem Test, Launch & Operations           TRL 9   Actual system “flight proven” thro...
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Space solarpower

421 views

Published on

Published in: Education
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
421
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2
Actions
Shares
0
Downloads
1
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Space solarpower

  1. 1. Space Solar Power Thomas Lynch Boeing
  2. 2. Sun Tower Concept 15 kM bed length 3 GW output beam < 5 cents/kW­Hr $125B Fab Estimate Microwave beam to  earth mounted  “Rectenna”
  3. 3. Introduction IntroductionLaser Beam to Existing Photovoltaic Solar Array
  4. 4. Satellite Concept of Operation 1. Concentrator focuses  sunlight on space­based  PV array 2. PV array powers laser diode 3. Laser diode pumps fibers 4. Light from fibers is fed to  optics and transmitted to Earth 7. Power is  6. DC electricity distributed to  is converted to AC consumers 5. Terrestrial PV  receiver array converts  sunlight to DC electricity
  5. 5. Transmitter Face and Robot 83,841,250 Radiating ElementsMicrowave (5.8GHz) 2.141 GW Radiated •Two robots placed  symmetrically on  transmitter’s frontside •Robots move on a rail  connected at perimeter  and center Robot assembles and  repairs transmitter modules
  6. 6. Solar Cell Efficiency vs Wavelength 1kW/m2  ~ Sun on Earth Typical earth  mounted solar  array has 14%  efficiency Visible Light (reference) Example: Laser Diode Array achieves 40% with LASER SSP &  Photovoltaic ground  Array 
  7. 7. Economic and Market Factors ­ General Cost Findings –  For 1996, U.S. • Generating costs for new plants averaged about 3.8 ¢/kWh (EIA, 1997) –  For ~ 2020, U.S. •A “reference case” for generation costs in 2020 is ~ 3.2 to 3.3 ¢/kWh – World Bank experts suggested an average generating cost, ~ 2020, for  rapidly growing economics, of ~ 5.5 ¢/kWh Under following conditions: • Deregulation of foreign electric power markets  • Resource inputs trade in a world market at world prices • Globalization of investment and technology  • Interfuel competition holds costs down 10SSP Economic & Market Analysis Team
  8. 8. Preliminary Observations ­ Market Growth In Electric Capacity Supply 1995 ­ 2020 (GW) 695 1,043 1,738 China OECD Other Developing World Energy Prospects to 2020, IEA, 1998 14SSP Economic & Market Analysis Team
  9. 9. SPG Pointing Accuracy, Structural Control Trades• Pointing – Off pointing : % of capture (2 degrees of control) – Surface accuracy requires active control  – 1­2o for PV concentrator cells – Each concentrator needs its own control – Disturbance while pointing may impact WPT – Station keeping• Lifetime (40 yrs) – Rotating machinery – Concentrator Materials – Actuator control Pat George
  10. 10. Robotics• SSP must be managed by robotics – Installation  – Perform maintenance – Affect repairs• All are imperative to achieve cost  objective of < 5 cents per kW­Hour
  11. 11. LEMUR Legged Excursion Mechanical Utility Robot LEMUR A new type of autonomous n­pod walker  called LEMUR has been developed for  assembly, inspection, and maintenance.   This robot demonstrates multi­mode  operations (mobility, inspection, and  manipulation) with a modular and  multifunctional toolset. LEMUR Configuration – Demonstrated fine manipulation  and tool based operations – Examined payload identification  Stereo Cameras methods  – Implemented fiducial markers for  encoding payload identification,  orientation, and characteristics – Performed visual inspection of 4 DOF Hex Driver Leg payloads and robots 4 DOF Gripper Leg    w/ in­line camera    (Palm­cam) 3 DOF Gripper Leg
  12. 12. LEMUR Legged Excursion Mechanical Utility Robot• Accomplishments – Designed and integrated LEMUR mobile  platform – Developed a three­fingered manipulator  Three­ with compliant grasp adjustment for  fingered  manipulation of fine/delicate payloads manipulator  with  – Developed a hex driver end­effector with  integrated  retractable foot camera optics – Developed a miniature macroscopic  imaging camera (Palm­cam) for  integration into grasping manipulator – Developed algorithms and computer code  for stereo vision and pattern recognition  using wavelet decomposition of fiducials – Demonstrated visual object and self­ inspection using the Palm­cam Hex driver with  retractable foot• Current Work – Developing software for autonomous  navigation, inspection, and manipulation    of target  
  13. 13. Hyper Redundant Intelligent SystemsDescription•Develop small,  identical robotic elements that can  accomplish tasks collectively that are well beyond the  capabilities of its individual members.•Approach•Utilize serpentine chain of linkages with integrated  computing, sensing, and power as testbed for  cooperative robotics executing construction, inspection,  and maintenanceParticipantsNASA ­ Haith, Wright, Loch, ThomasCMU ­ Howie ChosetIndustry ­ Randy Sargent (Newton Labs) Technology Elements • Mechanism Configuration: advanced actuators,  packaging, lightweight structure, power,  biomimetic skin • Single Robot Control: force and redundancy  control strategies, communication, simulation &  modelling of hyper­redundant systems  • Cooperative Robot Control: Autonomy;Mobility      planning in complex structures, payload strategies,  data sharing/sensing  
  14. 14. Hyper Redundant Intelligent Systems• Benefits – Highly Redundant (> 7 DOF) serial  link manipulator chains – Capable of long reach into highly  constrained spaces (trusses,  frames) – Capable of prehensile grasping,  limbless locomotion – Redundant to multiple joint failures• Research Challenges – Path and motion planning to  arbitrary locations in a complex 3D  structure using generalized voronoi  graph search    
  15. 15. Assessing Technology Readiness LevelsSystem Test, Launch & Operations TRL 9 Actual system “flight proven” through successful  mission operationsSystem/Subsystem  TRL 8 Actual system completed and “flight qualified” through Development test and demonstration (Ground or Flight) TRL 7 System prototype demonstration in a space Technology  environmentDemonstration TRL 6 System/subsystem model or prototype demonstration  in a relevant environment (Ground or Space)Technology  TRL 5 Component and/or breadboard validation in relevant Development environment TRL 4 Component and/or breadboard validation in laboratory Research to Prove Feasibility environment TRL 3 Analytical and experimental critical function and/or Basic Technology  characteristic proof­of­conceptResearch TRL 2 Technology concept and/or application formulated Basic principles observed and reported TRL 1

×