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空間太陽能電站分階段任務(wù)

從衛(wèi)星傳輸來看，董士偉團(tuán)隊(duì)論文稱，中國提出“兩大步，三小步”發(fā)展設(shè)想：

2028年中國完成空間高壓發(fā)電輸電及無線能量傳輸試驗(yàn)任務(wù)；

到2030年前，中國分別完成空間太陽能電站關(guān)鍵技術(shù)地面及浮空器試驗(yàn)驗(yàn)證、空間超高壓發(fā)電輸電及軌道間能量傳輸試驗(yàn)驗(yàn)證和間無線能量對地傳輸試驗(yàn)驗(yàn)證，構(gòu)建地球靜止軌道 (GEO) 大功率無線能量對地傳輸試驗(yàn)。

2035年，中國要構(gòu)建10兆瓦 (MW) 空間太陽能電站，開始向部分用戶輸送能源。

到2050年前，分別建設(shè)兆瓦級空間太陽能電站驗(yàn)證系統(tǒng)和吉瓦 (GW) 級商業(yè)空間太陽能電站，功率輸出預(yù)計(jì)將上升到2吉瓦，與核電站大致相同，并且成本降低到商業(yè)可承受的水平，以實(shí)現(xiàn)空間太陽能電站的商業(yè)化運(yùn)行。而任務(wù)主要目標(biāo)是為社會提供一種可持續(xù)的綠色基礎(chǔ)能源。

全球太空能源競賽升溫

不止是中國，美國、日本、印度、俄羅斯、英國、法國亦在空間太陽能電站研究領(lǐng)域持續(xù)發(fā)力。

其中，日本后來居上，已經(jīng)成為走在世界最前沿的研究者之一。他們在世界上第一個將空間太陽能電站正式列入了國家航天計(jì)劃，還提出了獨(dú)特的分布式繩系太陽能電站理念，制定了“研究-研發(fā)-商業(yè)”三階段的遠(yuǎn)景發(fā)展路線圖。

早在2015年，日本研究團(tuán)隊(duì)開展了55米距離的微波無線傳能實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了基于5.8吉赫頻率、固態(tài)源和相控陣體制下的傳輸，傳輸效率為9.88%，在微波無線能量傳輸技術(shù)方面暫時處于世界領(lǐng)先地位。報(bào)告顯示，到2030年，日本將開發(fā)出功能正常的空間太陽能發(fā)電系統(tǒng)。

不過段寶巖院士認(rèn)為，上述日本試驗(yàn)系統(tǒng)依然不是全鏈路的，缺少了從光到電的過程，他們的技術(shù)優(yōu)勢集中在從發(fā)射天線到接收天線這一鏈路。而中國的OMEGA—SSPS地面驗(yàn)證系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全鏈路全系統(tǒng)的完整過程。

而美國宇航局（NASA），于1999年提出的太陽能探索性研究和技術(shù)計(jì)劃，重新介入研究空間太陽能問題。到了2012年，NASA創(chuàng)新概念項(xiàng)目支持下，美國提出了“任意大規(guī)模相控陣式空間太陽能電站”阿爾法（SSPS-ALPHA）方案。隨后，美國諾格公司與加州理工大學(xué)簽署了一項(xiàng)總額1750萬美元的空間太陽能電站技術(shù)研發(fā)合同。

此外，英國政府在今年3月表示，他們正在考慮一項(xiàng)160億英鎊的投資提議，借助空中客車等歐洲公司幫助下，到2035年，將英國研制的太陽能發(fā)電廠投入太空。

全球太空能源競賽正逐漸升溫。

段寶巖院士表示，空間太陽能電站研究是一個能源領(lǐng)域的“曼哈頓工程”。

實(shí)際上，在外太空建立發(fā)電站，不會受到天氣因素的影響，而且太陽能發(fā)電是清潔能源，不僅可以解決能源短缺的問題，還能有效減少地球污染問題。陽能發(fā)電廠。

鈦媒體App 6月21日消息，據(jù)中國科協(xié)主管的《小康》雜志報(bào)道，中國空間技術(shù)研究院董士偉團(tuán)隊(duì)日前在《中國空間科學(xué)技術(shù)》上發(fā)表一篇論文稱，中國將在2028年發(fā)射一顆試驗(yàn)衛(wèi)星，來測試從太空到地面400公里的無線電力傳輸技術(shù)，即2028年在太空建造中國第一座太陽能發(fā)電廠，比原計(jì)劃提前兩年。

報(bào)道指，這顆衛(wèi)星將“太陽能轉(zhuǎn)換為微波或激光，然后將能量束引導(dǎo)至各種目標(biāo)，包括地球上的固定位置和移動的衛(wèi)星”。

與此同時，6月14日，西安電子科技大學(xué)官網(wǎng)發(fā)布消息稱，中國工程院院士段寶巖帶領(lǐng)的“逐日工程”團(tuán)隊(duì)，研制的全鏈路全系統(tǒng)空間太陽能電站地面驗(yàn)證系統(tǒng)通過驗(yàn)收，實(shí)現(xiàn)從跟日、聚光、光電轉(zhuǎn)換、微波發(fā)射到微波接收整流等完整過程。

這意味著，中國已經(jīng)成功測試了一項(xiàng)新的革命性技術(shù)——將太陽能從外太空無線傳輸?shù)降厍?，從而更好的解決能源短缺及碳排放問題，預(yù)計(jì)最快六年后進(jìn)行實(shí)踐，有望改變?nèi)蚰茉吹恼w格局。

開在太空的太陽能發(fā)電廠

空間太陽能電站（SSPS），是一套基于太陽能發(fā)電技術(shù)，在地球軌道上收集太陽能再無線傳輸?shù)浇邮仗炀€的發(fā)電系統(tǒng)。它利用衛(wèi)星在太空中把太陽能聚集起來，然后把能量集中射向地面，再轉(zhuǎn)變成電能供人類使用。

目前，人類已經(jīng)有了風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電，但是這種方式獲取的能源需要考慮陽光、風(fēng)速等天氣、環(huán)境的影響，尤其地面上索取太陽能斷斷續(xù)續(xù)，受云層遮蓋影響較大，甚至?xí)驗(yàn)楹穗娬井a(chǎn)生放射性廢料，導(dǎo)致能源受到污染。而太空中的陽光強(qiáng)度要比地面大5-10倍，可提供恒定而沒有污染的能量。

從技術(shù)上來說，空間太陽能電站主要由“發(fā)”、“送”、“收”三部分組成。

首先，空間太陽能電站在太空中，通過大型太陽能電池陣列將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，繼而將電能轉(zhuǎn)化為微波，接著通過微波發(fā)射天線將能量傳輸?shù)浇邮仗炀€，最后由接收天線將接收到的微波轉(zhuǎn)化為電能，供用戶使用。

早在1941年，科幻小說作家伊薩克·阿西莫夫（Issac Assimov），在他的短篇小說《理性》（Reason）中談到空間站可以利用微波束從太陽收集的能量傳輸?shù)礁鱾€行星。

1968年，美國航空工程師彼得·格拉澤（Peter Glaser）撰寫了第一個關(guān)于空間太陽能系統(tǒng)的正式提案，距離阿姆斯特朗（Neil Armstrong）月球漫步僅過去一年，而阿西莫夫的愿景更接近現(xiàn)實(shí)。1973年，格拉澤獲得了衛(wèi)星太陽能發(fā)電系統(tǒng)專利。

中國于2013年通過院士建議，開始推動中國空間太陽能電站研究工作，至今正好十年。

2017年，國家成立空間太陽能電站推進(jìn)委員會，一年后，中國首個空間太陽能電站領(lǐng)域的省部級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在西安電子科技大學(xué)掛牌。

2018年12月23日，中國正式啟動西電空間太陽能電站研究項(xiàng)目，命名為“逐日工程”；2021年中國宇航學(xué)會空間太陽能專委會正式成立，開啟中國空間太陽能電站的測試研制工作。

目前，中國空間太陽能電站研究主要分地面端和衛(wèi)星端兩部分進(jìn)行開展。

空間太陽能電站地面驗(yàn)證系統(tǒng)

從地面驗(yàn)證來看，段寶巖院士“逐日工程”團(tuán)隊(duì)提出了歐米伽（OMEGA）空間太陽能電站設(shè)計(jì)方案：首先以75m高的鋼結(jié)構(gòu)支撐塔為底座，根據(jù)太陽高度角確定聚光鏡需要傾斜的角度，在接收到聚光鏡反射的太陽光后，位于聚光鏡中心的光伏電池陣，將其轉(zhuǎn)化為直流電能。隨后，通過電源管理模塊，四個聚光系統(tǒng)轉(zhuǎn)換得到的電能匯聚到中間發(fā)射天線，經(jīng)過振蕩器和放大器等模塊，電能被進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為微波，利用無線傳輸?shù)男问桨l(fā)射到接收天線。最后，接收天線將微波整流再次轉(zhuǎn)換成直流電，供給負(fù)載。

發(fā)電站地面驗(yàn)證系統(tǒng)的發(fā)射與接收天線

在段寶巖團(tuán)隊(duì)看來，空間太陽能電站的應(yīng)用主要有以下兩點(diǎn)：

1、成為軌道中的“太空充電樁”，為太空運(yùn)轉(zhuǎn)的各類航空器以及地面運(yùn)轉(zhuǎn)的移動設(shè)備供電，而不再需要龐大的太陽帆板。

2、一旦地面無線充電樁的構(gòu)想獲得突破，其在民用及軍用兩大領(lǐng)域都有著廣闊的現(xiàn)實(shí)價值，包括救災(zāi)、突發(fā)事件無線供電，降低惡劣氣候（臺風(fēng)強(qiáng)度、走向等）影響，以及用于對軍用衛(wèi)星、空間武器、大型艦船、地面軍事設(shè)施的無線供電等，可確保持續(xù)、靈活、可靠、實(shí)時的能源供應(yīng)，保障國家安全。

此外，部分科學(xué)家認(rèn)為，空間太陽能技術(shù)還可能作為武器瞄準(zhǔn)城市或操縱天氣，但目前沒有國際法律來規(guī)范這些活動。

需要提醒的是，董士偉團(tuán)隊(duì)在論文中表示，上述這些應(yīng)用、任務(wù)都屬于在軌驗(yàn)證。在此之前，中國還需要開展充分的地面試驗(yàn)，從而為中國空間太陽能電站事業(yè)發(fā)展提供重要技術(shù)支撐。

原標(biāo)題：中國瞄準(zhǔn)“外星能源”，計(jì)劃2028年在太空建造第一座太陽能發(fā)電廠｜鈦媒體科普