中國(guó)有望成為世界首個(gè)建成有實(shí)用價(jià)值空間太陽(yáng)能電站的國(guó)家

在不久的將來(lái)，你所用的電或可能來(lái)自宇宙供電局。

日前，中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院科技委主任李明研究員向《科技日?qǐng)?bào)》表示，“經(jīng)過(guò)十余年持續(xù)研究，中國(guó)在空間太陽(yáng)能電站方面已經(jīng)大幅縮小了與國(guó)際先進(jìn)國(guó)家的水平，進(jìn)入世界前列。如能保持并進(jìn)一步加大研發(fā)力度，中國(guó)有望成為世界首個(gè)建成有實(shí)用價(jià)值空間太陽(yáng)能電站的國(guó)家。”

空間太陽(yáng)能電站即一種用來(lái)收集、轉(zhuǎn)化空間太陽(yáng)能，并以無(wú)線電波的形式將電能傳輸?shù)降孛骐娋W(wǎng)的發(fā)電系統(tǒng)。該類電站的發(fā)電功率可達(dá)1-5GW，發(fā)電量與地面核電站相當(dāng)。

空間太陽(yáng)能示意圖圖片來(lái)源：JAXA

與地面電站相比，空間太陽(yáng)能電站的太陽(yáng)能電池板可以直接接觸太陽(yáng)光而不受大氣阻隔，據(jù)日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)(JAXA)估算，位于太空中的太陽(yáng)能電池板所接受的太陽(yáng)光強(qiáng)度為地面上的1.4倍。同時(shí)，空間太陽(yáng)能電站可以擺脫晝夜和天氣影響，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷供電。最關(guān)鍵的是，該電站不受電網(wǎng)限制，可以通過(guò)無(wú)線電波直接向有用電需求的地區(qū)供電。

早在1968年，美國(guó)工程師彼特˙格拉斯就提出了空間太陽(yáng)能電站概念。在格拉斯的設(shè)想中，人們用火箭將總面積約50平方公里的太陽(yáng)能電池板陣列送入地球同步軌道，并在太空中完成組裝工作。電站建成后，電池板將通過(guò)不斷調(diào)整角度以確保電池板時(shí)刻面對(duì)太陽(yáng)。

美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)在上世紀(jì)90年代的技術(shù)基礎(chǔ)上構(gòu)想的空間太陽(yáng)能發(fā)電站圖片來(lái)源：JAXA

在過(guò)去的50年間，包括美國(guó)、日本、俄羅斯、歐盟和中國(guó)等多個(gè)國(guó)家的研究人員一直在論證空間太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的可行性，并試圖解決一系列建造空間太陽(yáng)能電站必須面對(duì)的難題，例如，如何進(jìn)行無(wú)線電波傳輸和接收，如何確保無(wú)線電波傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，如何使空間電站發(fā)出無(wú)線電波與地面的網(wǎng)格狀天線保持同步。

NASA在2011年提出的空間太陽(yáng)能發(fā)電站構(gòu)想示意圖圖片來(lái)源：JAXA

2008年，美國(guó)和日本兩國(guó)的科研人員取得了突破，他們?cè)谙耐膬勺嗑?0英里的海島上，成功實(shí)現(xiàn)了微波級(jí)能量的無(wú)線遠(yuǎn)距傳輸，這個(gè)距離相當(dāng)于從太空軌道傳送能量到地面所要穿透的大氣層厚度。

去年年底，日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)(JAXA)也成功完成了能量傳輸模擬實(shí)驗(yàn)，研究人員從高約200米的塔頂向地面上一個(gè)直徑僅為1厘米的圓形目標(biāo)發(fā)射高能量激光束，并成功擊中目標(biāo)。該實(shí)驗(yàn)的成功證實(shí)了無(wú)線電波的管理和控制是可行的。

另外，JAXA計(jì)劃在明年實(shí)現(xiàn)無(wú)線電波電能輸送的太空測(cè)試，即用一個(gè)小衛(wèi)星在地球低軌道向地面的微波接收器發(fā)送幾個(gè)千瓦的能量。JAXA方面表示，希望在2021年實(shí)現(xiàn)100kW的傳輸，到2028年實(shí)現(xiàn)200MW傳輸。

JAXA用于能量傳輸模擬實(shí)驗(yàn)的高塔圖片來(lái)源：JAXA

隨著無(wú)線電波傳輸與接收技術(shù)取得突破，包括輕質(zhì)建材、全自動(dòng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在內(nèi)的衛(wèi)星技術(shù)的提升，以及太陽(yáng)能電池板光電轉(zhuǎn)換效率的提高，空間太陽(yáng)能電站成為現(xiàn)實(shí)。

目前，日本政府已經(jīng)發(fā)起了太陽(yáng)能電站項(xiàng)目，由JAXA主導(dǎo)。按照J(rèn)AXA在2014年公布的規(guī)劃，日本計(jì)劃耗資2萬(wàn)億日元(約合210億美元)，在地球靜止軌道上建造年裝機(jī)規(guī)模約1GW的商業(yè)空間太陽(yáng)能電站，該項(xiàng)目預(yù)計(jì)將在2030年完成。

2011年，專家對(duì)于空間太陽(yáng)能電站預(yù)估造價(jià)還在3000億-10000億美元左右。

同時(shí)，曾在JAXA任職的教授佐佐木(SuzumuSazaki)還表示，日本計(jì)劃在東京灣海港建造一個(gè)3公里長(zhǎng)的人造島嶼。這座島嶼將布設(shè)50億個(gè)天線，用于傳輸和接收來(lái)自空間太陽(yáng)能電站的微波能量并將其轉(zhuǎn)換成電能。

JAXA提出的空間太陽(yáng)能電站構(gòu)想示意圖圖片來(lái)源：JAXA

就中國(guó)而言，自2008年起將空間太陽(yáng)能電站研發(fā)工作納入國(guó)家先期研究規(guī)劃。近年來(lái)，提出了平臺(tái)非聚光型、二次對(duì)稱聚光型、多旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)以及球型能量收集陣列等空間太陽(yáng)能電站方案，同時(shí)在無(wú)線能量傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)方面取得了重要的進(jìn)步。

除了技術(shù)，空間太陽(yáng)能電站的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)還需要巨額的投資、廣闊的市場(chǎng)以及環(huán)境、政策等因素配合，綜合多方因素，各國(guó)紛紛把目光投向中國(guó)，認(rèn)為中國(guó)應(yīng)該在該領(lǐng)域發(fā)揮重要的牽引作用。中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院研究員王立曾對(duì)《科技日?qǐng)?bào)》表示，“在航天領(lǐng)域，中國(guó)載人航天、深空探測(cè)、重型運(yùn)載火箭、空間站等技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平相比，還存在較大的差距。”

但同時(shí)，王立也表示“要建設(shè)航天強(qiáng)國(guó)，除了在上述方面要縮小差距，還應(yīng)尋找其他戰(zhàn)略制高點(diǎn)。選項(xiàng)有限，但現(xiàn)在正有這樣一個(gè)機(jī)遇擺在面前。”他認(rèn)為，應(yīng)該通過(guò)國(guó)家立項(xiàng)的方式，將中國(guó)正在進(jìn)行空間超高壓發(fā)電輸電、高效無(wú)線能量傳輸、超大型空間結(jié)構(gòu)在軌裝配等關(guān)鍵技術(shù)研究的機(jī)構(gòu)和高校集合起來(lái)，從而推動(dòng)研發(fā)進(jìn)度。