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這是中國首個未來能源太空實驗室。在人類太空太陽能發(fā)展史上，這一事件也將載入史冊，它意味著中國邁入了民企參與太空光伏探索的新階段。
隆基未來能源太空實驗室僅是近年來太空太陽能發(fā)展迅猛的一個縮影。
在太空中建大型太陽能電站以解決全球能源供應問題的構想始于一個世紀之前。在當時的時代背景下，這一構想注定只能成為幻想。
此后，以美國為首的發(fā)達國家一直努力將幻想變?yōu)楝F實。但由于系統(tǒng)規(guī)模大、技術難度和建造成本高，全球迄今未能建成一個完整的太空試驗電站。
不過，近十年來，隨著火箭運載能力的大幅提升，以及光伏制造成本的急劇下降，人類對太空太陽能探索的時機正走向成熟。
中國對太空太陽能的探索始于“十一五”期間，并在2018年正式啟動“逐日工程”，中國版“太空三峽”呼之欲出。
不過，太空光伏同樣面臨諸多難題。其中，制造出能夠在太空中大規(guī)模應用的光伏產品或許有賴于中國民營光伏企業(yè)的努力。
A
100年前，一位俄羅斯科學家曾提出在太空中建造巨型太陽能發(fā)電站，從而持續(xù)不斷向地球提供清潔能源。
當時，這一構想過于天馬行空。
1941年，著名科幻作家艾薩克·阿西莫夫將它寫進了短篇小說《推理》中，描述了一個能夠收集太陽能、并通過微波向行星傳遞能量的空間站。
27年后，美國科學家彼得·格拉賽提出太空太陽能電站建造方案。
按照他在《來自太陽的能量：它的未來》一書中的描述，先在太空建設一個太陽能電站，再把電能轉變成電磁能，通過無線傳輸發(fā)射到地面的接收站，接收站再將電磁能轉變回電能，并提供給供電網。
格拉賽的設想比俄羅斯科學家的構想更進一步，從而也引發(fā)了各國研究太空太陽能電站的熱潮。
不過，受制于太空光伏電站規(guī)模巨大，成本高昂的制約，這一設想也未能變成現實。
新的探索熱潮發(fā)生在2000年后。
2001年2月，美國資深參議員羅伯特·史密斯接受媒體參訪時語出驚人。他在闡述美國太空政策時說，“誰控制了太空，誰就將控制地球的命運”。
美國前國務卿基辛格曾發(fā)表過類似論述：“誰控制了石油，就控制了所有國家；誰控制了糧食，就控制了人類；誰控制了貨幣，就控制了全球經濟”。
羅伯特·史密斯的話折射出，未來國與國之間的競爭將從地面邁向太空，一場太空空間資源爭奪戰(zhàn)在所難免。
6年后，美國五角大樓曾向國家安全太空辦公室提交過一份長達75頁的研究報告指出，太空太陽能可能成為一種可以利用的新能源。如果能在太空中放置一塊“光伏板”，一切問題都將迎刃而解。
屆時，地球能夠接收到的太陽能量將增加至100%，而非70%，因為太陽輻射到地球的能量受到黑夜、多云的天空和大氣的影響，其接收能力有限。
五角大樓的初衷是希望通過裝置在巨型衛(wèi)星上的太陽能電池板搜集太空能量，為地面上位于各地的美軍基地提供能源。
2012年以來，在NASA創(chuàng)新概念項目支持下，約翰?曼金斯教授提出“任意大規(guī)模相控陣式空間太陽能電站”阿爾法（SSPS-ALPHA）方案。
之后，美國諾格公司與加州理工大學簽署了一項總額1750萬美元的空間太陽能電站技術研發(fā)合同。
歐洲也從1998年起開展了太空太陽能電站研究工作，并提出“太陽帆塔”的概念設計，計劃將“太陽帆塔”搬上太空，為歐洲源源不斷輸送清潔電力資源。
俄烏沖突導致歐洲能源危機加劇，歐盟的“太陽帆塔”計劃也有望加快落實。
日本對太空太陽能電站的研究也不甘人后，從20世紀80年代起就開始對太空太陽能電站的關鍵技術進行廣泛研究。
此外，日本已經將太空太陽能發(fā)電列入國家發(fā)展計劃，提出2050年前建設商業(yè)太空太陽能電站的發(fā)展路線圖。
根據路線圖，日本計劃在地球的靜止軌道上，距離地球約3.6萬公里，建造一個發(fā)電量為10億千瓦的太空發(fā)電站。
日本宇宙航空研究開發(fā)機構研究院設計的太陽能電池板猶如兩面巨大的鏡子。它的直徑為1.25公里，將太陽光聚集到上面后，通過微波傳輸器將能量傳輸到地球。
如今，伴隨著能源短缺以及傳統(tǒng)化石能源帶來的全球性氣候與環(huán)境問題愈發(fā)嚴峻，發(fā)展清潔能源、開發(fā)可再生能源，逐漸替代傳統(tǒng)化石能源成為全球共識。
在太空建設光伏電站，實現太陽能大規(guī)模穩(wěn)定利用，已成為世界科技大國解決未來能源和環(huán)境問題的主要戰(zhàn)略選擇之一。
近年來，世界各國對太空太陽能的探索步伐明顯加快，尤其是俄烏戰(zhàn)爭爆發(fā)進一步加速了這一進程。
以美國空軍研究實驗室和諾斯羅普·格魯曼公司等為主的機構加大了在此領域的研發(fā)力度，計劃在2025年前開展關鍵技術空間驗證。
美國宇航局發(fā)布的消息稱，美國海軍研究實驗室曾于2020年在太空中測試了一套太陽能模塊和電力轉換系統(tǒng)，為建造太空太陽能電站邁出關鍵的一步。
2020年5月16日，美國發(fā)射了一架X-37B無人太空飛機，此后持續(xù)飛行時長近800天，創(chuàng)造了新的記錄。
作為美國空軍的秘密項目，X-37B無人太空飛機還肩負著一項重要任務，即測試從宇宙中捕獲太陽能傳回地面，即在太空中建造太陽能電站的可行性。
今年5月28日，美國宇航局更是正式宣布，將重啟天基太陽能（即太空太陽能電站）的研究。
而據世界經濟論壇網今年3月公布的消息，英國政府正考慮投資160億英鎊，用于在太空建設太陽能電站。該電站直徑將達到1.7千米，重約2000噸，計劃于2040年建成并投入使用。
英國政府認為，該計劃或可以幫助英國到2050年實現凈零排放的潛在解決方案。
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中國太空太陽能的探索上起步不晚，但發(fā)展過程一波三折。
根據葛昌純院士2021年發(fā)表在《中國科學報》上的文章介紹，在國家有關部門支持下，中國從“十一五”正式開始空間太陽能電站研究。
彼得·格拉賽提出太空太陽能電站建造方案的同一年，中科院半導體所一群年輕人接到了一項代號為“651”的重要任務——研制“東1-A”衛(wèi)星電池板。
“651”是新中國人造地球衛(wèi)星工程的代號，在當時屬于絕對機密。
歷經三年，1971年3月3日，中國首顆實踐科學探測與技術試驗衛(wèi)星、第二顆人造衛(wèi)星“實踐一號”成功發(fā)射。
“實踐一號”衛(wèi)星。圖源：中國運載火箭技術研究院官網
與廣為人知的“東方紅一號”相比，“實踐一號”知名度不高，卻承擔著重要的科研任務，更是成為中國首顆光伏發(fā)電的衛(wèi)星。
資料顯示，“東方紅一號”在太空中工作了28天，而基于“東方紅一號”設計的備用衛(wèi)星“實踐一號”最終在軌道上運行了8年，遠遠超出原來一年的設計壽命。
出于保密考慮，應用在“實踐一號”上的光伏技術并沒有申請專利，而是作為機密文件在1969年被保存起來了。
直到1978年，這項技術方才“脫敏”，中科院半導體所也因此獲得全國科學大會頒發(fā)獎狀，并榮獲中國科學院重大科技成果獎。
改革開放后，中國轉向“以經濟建設為中心”上，對于太空太陽能的探索由此陷入了停滯。
歷史總是有著驚人的巧合。
歷史的時針挑撥到2010年，中國GDP超過41萬億元，首次超過日本，成為世界第二大經濟體，中國經濟發(fā)展從此邁上了一個新的臺階。
同樣是在這一年，中國太空光伏發(fā)展迎來重大突破。
是年8月，在中國空間技術研究院舉辦的空間太陽能電站技術研討會上，12位院士和百余位相關領域專家，提出空間太陽能電站發(fā)展路線圖。
根據上述路線圖，2022年中國將實施小型發(fā)電測試，2030年左右將發(fā)電量提高到兆瓦規(guī)模，到2050年具備建設吉瓦級商業(yè)空間太陽能電站的能力。
彼時，專家已經提出預算方案，建設這個太空光伏電站預計要花費8萬億元，相當于上百個三峽水電站的建設成本。
2013年，西安電子科技大學段寶巖院士和重慶大學楊士中院士聯(lián)名上書，表達了加強中國空間太陽能電站關鍵技術攻關的構想。
這一構想得到了中國最高領導人的高度重視。
僅僅一年后，，工信部、發(fā)改委、科技部等16個部委組織來自國內的130余位專家開展了近一年的論證工作，論證組最終完成《中國太空發(fā)電站發(fā)展規(guī)劃及關鍵技術體系規(guī)劃論證報告》。
與此同時，段寶巖院士團隊提出了歐米伽（OMEGA）空間太陽能電站設計方案。
與美國兩年前提出的阿爾法（ALPHA）設計方案相比，該方案具備三個優(yōu)勢：控制難度下降，散熱壓力減輕，功質比（天上系統(tǒng)的單位質量所產生的電）提高約24%。
很顯然，在太空太陽能領域，中美之間的較量同樣激烈。
2018年12月23日，命名為“逐日工程”的空間太陽能電站系統(tǒng)項目在西安電子科技大學啟動，從而拉開了空間太陽能電站的戶外地面驗證挑戰(zhàn)序幕。
2021年6月18日，中國首個空間太陽能電站實驗基地在重慶璧山正式啟動，計劃在距離地球表面3.6萬公里的高空建造“太空三峽”。
該基地將重點進行空間太陽能發(fā)電站、無線微波傳能以及空間信息網等技術的前期演示模擬與驗證。
最新消息是，今年6月5日，段寶巖帶領的“逐日工程”研究團隊研發(fā)的世界首個全鏈路全系統(tǒng)的空間太陽能電站地面驗證系統(tǒng)順利通過專家組驗收。
這個突破意味著，中國“太空三峽”建造邁出重要一步，時間比原定的技術路線節(jié)點提前了將近三年。
這一驗證系統(tǒng)突破并驗證了高效率聚光與光電轉換、微波轉換、微波發(fā)射與波形優(yōu)化、微波波束指向測量與控制、微波接收與整流、靈巧機械結構設計等多項關鍵技術。
根據葛昌純院士在《中國科學報》上發(fā)表的文章，在太空太陽能領域，目前中國在系統(tǒng)設計和關鍵技術方面已經取得了部分重要成果。
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在太空中建造太陽能電站的優(yōu)勢不言而喻。
在地球同步軌道上，太陽能電站可以實現24小時發(fā)電，其太陽光平均能量約為每平方米1300瓦，是地面的13倍。
在中國西北地區(qū)，一平方米太陽能電池發(fā)電0.4千瓦時，而在日照較少的重慶，發(fā)電量僅為0.1千瓦時。
不過，挑戰(zhàn)同樣很大。
相對地面環(huán)境，太空環(huán)境極為復雜，輻射強烈，溫差巨大。有數據計算顯示，太陽能發(fā)電板在太空中的老化速度甚至是地球上的7倍。
而由于太空太陽能電站面積巨大，它的安裝、建設和維修都面臨巨大挑戰(zhàn)。以一個工業(yè)級太空太陽能電站為例，它不僅重達上千噸，面積甚至可能達到10平方公里，相當于1400個足球場。
此外，太空碎片亦是太陽能電池板的另一大威脅，而無線電的遠距離傳輸技術則仍有待進一步突破。
這些現實難題意味著，太空太陽能電站距離商業(yè)化開發(fā)仍有很長的一段路要走。
不過，埃隆·馬斯克創(chuàng)辦的太空探索技術公司SpaceX在太空商業(yè)化上的成功或許能為太空太陽能電站開發(fā)提供借鑒意義。
尤其是SpaceX在火箭回收技術上的突破，不僅大大降低了火箭發(fā)射的成本，更是讓火箭發(fā)射的商業(yè)化夢想照進了現實。
世界太空太陽能電站近年來發(fā)展提速的一個重要原因是太陽能發(fā)電成本大幅下降。數據顯示，截至目前，光伏發(fā)電的成本相比10年前下降了近90%。
全球光伏發(fā)電成本下降的最大功臣是以隆基為代表的眾多中國民營光伏企業(yè)。過去20年，這些中國民企在研發(fā)上不斷投入真金白銀研發(fā)新技術、新產品。
截至2021年底，中國多晶硅和電池片全球市占率超過80%，硅片和組件全球市占率超過90%，處于絕對領先。
這也意味著，中國太空光伏的夢能否照進現實離不開這些民營光伏企業(yè)的努力。它們的參與，對“太空三峽”建設或將起到令人意想不到的作用。
作為中國光伏產業(yè)的領軍企業(yè)，隆基正在扛起這桿大旗。未來能源太空實驗室的成立，意味著中國太空光伏市場從此邁入民企參與時代。
據了解，該太空實驗室旨在推動航天技術與新能源融合發(fā)展、科技成果轉化及產業(yè)化。
未來，這座實驗室將著力在高效領先的技術產品、安全可靠的太空驗證、精益求精的航天品質、未來發(fā)展的能源趨勢等四個方面重點突破。
突破的方向包括但不限于在新能源產業(yè)趨勢、太陽能與航天結合、太空環(huán)境驗證、能源監(jiān)測衛(wèi)星和太陽能空間傳輸等方面展開研究與對外合作。
通過太空實驗室的相關工作，將未來能源的先進技術進行太空驗證，用太空驗證促進未來能源相關技術發(fā)展，最終將航天成果通過太陽能技術研發(fā)、應用等惠及人民生活。
與此同時，作為太空實驗室成立后的首個重大項目，隆基的新技術產品將申請進行太空搭載，接受嚴苛的太空環(huán)境考驗，探究新產品在太空環(huán)境的可靠性。
隆基綠能相關負責人透露，該公司將在今年11月份正式對外發(fā)布可進行太空搭載的新產品。
這家光伏巨擘的設想是，結合太空搭載的實驗結果，通過地面模擬外太空的實際環(huán)境，監(jiān)測該產品相關性能的變化，為推廣該產品的實際應用奠定理論和實驗基礎, 拓寬產品的應用領域。
值得注意的是，這將是隆基綠能首次將產品與航天領域結合，也是該公司為提升產品性能、驗證產品可靠性的全新探索升級。
未來能源太空實驗室僅僅是個開始，中國“太空三峽”還需要更多商業(yè)力量加入其中。
原標題：“太空光伏”發(fā)展簡史：從幻想到現實的世紀之爭
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