空間太陽(yáng)能電站分階段任務(wù)
從衛(wèi)星傳輸來(lái)看，董士偉團(tuán)隊(duì)論文稱，中國(guó)提出“兩大步，三小步”發(fā)展設(shè)想：
2028年中國(guó)完成空間高壓發(fā)電輸電及無(wú)線能量傳輸試驗(yàn)任務(wù)；
到2030年前，中國(guó)分別完成空間太陽(yáng)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(wú)線能量對(duì)地傳輸試驗(yàn)驗(yàn)證，構(gòu)建地球靜止軌道 (GEO) 大功率無(wú)線能量對(duì)地傳輸試驗(yàn)。
2035年，中國(guó)要構(gòu)建10兆瓦 (MW) 空間太陽(yáng)能電站，開(kāi)始向部分用戶輸送能源。
到2050年前，分別建設(shè)兆瓦級(jí)空間太陽(yáng)能電站驗(yàn)證系統(tǒng)和吉瓦 (GW) 級(jí)商業(yè)空間太陽(yáng)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(yáng)能電站的商業(yè)化運(yùn)行。而任務(wù)主要目標(biāo)是為社會(huì)提供一種可持續(xù)的綠色基礎(chǔ)能源。
全球太空能源競(jìng)賽升溫
不止是中國(guó)，美國(guó)、日本、印度、俄羅斯、英國(guó)、法國(guó)亦在空間太陽(yáng)能電站研究領(lǐng)域持續(xù)發(fā)力。
其中，日本后來(lái)居上，已經(jīng)成為走在世界最前沿的研究者之一。他們?cè)谑澜缟系谝粋€(gè)將空間太陽(yáng)能電站正式列入了國(guó)家航天計(jì)劃，還提出了獨(dú)特的分布式繩系太陽(yáng)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(kāi)展了55米距離的微波無(wú)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(wú)線能量傳輸技術(shù)方面暫時(shí)處于世界領(lǐng)先地位。報(bào)告顯示，到2030年，日本將開(kāi)發(fā)出功能正常的空間太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。
不過(guò)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(guò)程，他們的技術(shù)優(yōu)勢(shì)集中在從發(fā)射天線到接收天線這一鏈路。而中國(guó)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(guò)程。
而美國(guó)宇航局（NASA），于1999年提出的太陽(yáng)能探索性研究和技術(shù)計(jì)劃，重新介入研究空間太陽(yáng)能問(wèn)題。到了2012年，NASA創(chuàng)新概念項(xiàng)目支持下，美國(guó)提出了“任意大規(guī)模相控陣式空間太陽(yáng)能電站”阿爾法（SSPS-ALPHA）方案。隨后，美國(guó)諾格公司與加州理工大學(xué)簽署了一項(xiàng)總額1750萬(wàn)美元的空間太陽(yáng)能電站技術(shù)研發(fā)合同。
此外，英國(guó)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(guó)研制的太陽(yáng)能發(fā)電廠投入太空。
全球太空能源競(jìng)賽正逐漸升溫。
段寶巖院士表示，空間太陽(yáng)能電站研究是一個(gè)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(huì)受到天氣因素的影響，而且太陽(yáng)能發(fā)電是清潔能源，不僅可以解決能源短缺的問(wèn)題，還能有效減少地球污染問(wèn)題。陽(yáng)能發(fā)電廠。
鈦媒體App 6月21日消息，據(jù)中國(guó)科協(xié)主管的《小康》雜志報(bào)道，中國(guó)空間技術(shù)研究院董士偉團(tuán)隊(duì)日前在《中國(guó)空間科學(xué)技術(shù)》上發(fā)表一篇論文稱，中國(guó)將在2028年發(fā)射一顆試驗(yàn)衛(wèi)星，來(lái)測(cè)試從太空到地面400公里的無(wú)線電力傳輸技術(shù)，即2028年在太空建造中國(guó)第一座太陽(yáng)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(yáng)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(dòng)的衛(wèi)星”。
與此同時(shí)，6月14日，西安電子科技大學(xué)官網(wǎng)發(fā)布消息稱，中國(guó)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(yáng)能電站地面驗(yàn)證系統(tǒng)通過(guò)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(guò)程。
這意味著，中國(guó)已經(jīng)成功測(cè)試了一項(xiàng)新的革命性技術(shù)——將太陽(yáng)能從外太空無(wú)線傳輸?shù)降厍颍瑥亩玫慕鉀Q能源短缺及碳排放問(wèn)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(kāi)在太空的太陽(yáng)能發(fā)電廠
空間太陽(yáng)能電站（SSPS），是一套基于太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)，在地球軌道上收集太陽(yáng)能再無(wú)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(yáng)能聚集起來(lái)，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(yáng)能發(fā)電，但是這種方式獲取的能源需要考慮陽(yáng)光、風(fēng)速等天氣、環(huán)境的影響，尤其地面上索取太陽(yáng)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(yáng)光強(qiáng)度要比地面大5-10倍，可提供恒定而沒(méi)有污染的能量。
從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，空間太陽(yáng)能電站主要由“發(fā)”、“送”、“收”三部分組成。
首先，空間太陽(yáng)能電站在太空中，通過(guò)大型太陽(yáng)能電池陣列將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，繼而將電能轉(zhuǎn)化為微波，接著通過(guò)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(shuō)作家伊薩克·阿西莫夫（Issac Assimov），在他的短篇小說(shuō)《理性》（Reason）中談到空間站可以利用微波束從太陽(yáng)收集的能量傳輸?shù)礁鱾€(gè)行星。
1968年，美國(guó)航空工程師彼得·格拉澤（Peter Glaser）撰寫了第一個(gè)關(guān)于空間太陽(yáng)能系統(tǒng)的正式提案，距離阿姆斯特朗（Neil Armstrong）月球漫步僅過(guò)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(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)專利。
中國(guó)于2013年通過(guò)院士建議，開(kāi)始推動(dòng)中國(guó)空間太陽(yáng)能電站研究工作，至今正好十年。
2017年，國(guó)家成立空間太陽(yáng)能電站推進(jìn)委員會(huì)，一年后，中國(guó)首個(gè)空間太陽(yáng)能電站領(lǐng)域的省部級(jí)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(guó)正式啟動(dòng)西電空間太陽(yáng)能電站研究項(xiàng)目，命名為“逐日工程”；2021年中國(guó)宇航學(xué)會(huì)空間太陽(yáng)能專委會(huì)正式成立，開(kāi)啟中國(guó)空間太陽(yáng)能電站的測(cè)試研制工作。
目前，中國(guó)空間太陽(yáng)能電站研究主要分地面端和衛(wèi)星端兩部分進(jìn)行開(kāi)展。
空間太陽(yáng)能電站地面驗(yàn)證系統(tǒng)
從地面驗(yàn)證來(lái)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(guò)電源管理模塊，四個(gè)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(guò)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(wú)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(lái)，空間太陽(yáng)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(dòng)設(shè)備供電，而不再需要龐大的太陽(yáng)帆板。
2、一旦地面無(wú)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(jià)值，包括救災(zāi)、突發(fā)事件無(wú)線供電，降低惡劣氣候（臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度、走向等）影響，以及用于對(duì)軍用衛(wèi)星、空間武器、大型艦船、地面軍事設(shè)施的無(wú)線供電等，可確保持續(xù)、靈活、可靠、實(shí)時(shí)的能源供應(yīng)，保障國(guó)家安全。
此外，部分科學(xué)家認(rèn)為，空間太陽(yáng)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(méi)有國(guó)際法律來(lái)規(guī)范這些活動(dòng)。
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(guó)還需要開(kāi)展充分的地面試驗(yàn)，從而為中國(guó)空間太陽(yáng)能電站事業(yè)發(fā)展提供重要技術(shù)支撐。
原標(biāo)題：中國(guó)瞄準(zhǔn)“外星能源”，計(jì)劃2028年在太空建造第一座太陽(yáng)能發(fā)電廠｜鈦媒體科普
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