我国有望率先建成空间太阳能电站

近年来，在春节交通模式下，驾驶电动车回家已经成为许多人的“新挑战”。在拥挤的高速公路上，蜷缩在窝棚里的电动汽车并不短缺。

这种悲剧有望被根除。国家太空探索技术首席科学传播专家庞志浩13日对《每日科学》记者表示，如果中国建造太空太阳能发电站，电动汽车可能随时随地都可以充电，不再担心“食物短缺”。

当然，太空太阳能发电站的应用远不止于此。它有多有效，离我们的生活有多远？庞志浩作了介绍。

取之不尽的清洁能源

人类对太阳能的利用由来已久，但太阳能在地面上的利用率不高，由于大气的吸收和散射以及云、雨、季节和昼夜变化的影响，太阳能利用率会有所下降。同时，能量密度变化很大，非常不稳定。

太阳能在太空中非常丰富。庞志浩说，如果太阳能发电站建在海拔约36000公里的地球同步轨道上，太阳光线不会被大气减弱，也不会受到季节和日变化的影响。太阳辐射99%的时间都能稳定接收，强度是地面的6倍以上。通过空间向地面定点传输能量可以为人类提供取之不尽的清洁能源。

空间太阳能电站开发的核心应用目标是为地面提供大规模商用电源。庞志浩说，由于其覆盖范围广，它可以向偏远地区、岛屿和灾区供电，也可以灵活地用于向地面移动目标供电。

同时，空间太阳能电站可以在“可见”范围内为航天器供电，使航天器摆脱了巨大的太阳能电池翼，大大提高了功率水平和控制精度。它也可以作为深空探测能源系统的候选。它还可用于未来的空间燃料生产和空间加工，实现航天工业的发展。

此外，太空太阳能发电站还可以清理传统能源造成的“混乱”。庞志浩说，石化能源的使用造成了全球变暖，台风、龙卷风等恶劣天气频繁发生。将空间太阳能发电站的巨大能量转移到台风区域会改变台风的温度分布，破坏其形成过程。

面临许多技术挑战

庞志浩介绍，空间太阳能电站的主要工作原理是:太阳能发电装置将太阳能转化为电能；能量转换装置将电能转换成微波或激光，并通过发射装置将光束发射到地面；地面接收系统接收空间传输的波束，并将其转换成电能，通过转换装置连接到电网。

"目前，它的技术原理没有大问题."庞志浩说，近年来，太阳能发电效率、微波转换效率及相关空间技术取得了很大进展，为进一步发展奠定了基础。然而，作为一个宏大的空间系统，空间太阳能电站需要在许多技术方面有所突破。

例如，目前人类最大的航天器国际空间站重400多吨，而工业级空间太阳能发电站重数千吨。如何建造？一些国内专家建议，太空太阳能发电站的建筑材料应该首先发射到太空，并建立一个“太空工厂”。所需部件应通过3D打印技术打印出来，然后由空间机器人组装。这是当前的研究方向之一。

长期运行的安全性也是一个重要问题。庞志浩说，长期微波辐射对生态、大气和生物的影响需要进一步研究。

此外，空间太阳能发电站的建设对新材料、高效能源转换装置、超大型航天器结构和控制技术、在轨组装和维护技术等提出了巨大挑战。

中国有望率先建设

由于其重量和规模远远超过现有的空间设施，空间太阳能电站在新时代的空间和能源领域被称为“曼哈顿计划”。自1968年相关概念提出以来，美国*和企业已投资近1亿美元，实施了一系列研发项目。日本已经正式将其纳入国家长期太空计划。俄罗斯、印度、韩国和欧空局也在开展相关研究。

2008年，中国将空间太阳能发电厂的研发纳入国家早期研究计划。近年来，中国提出了平台非冷凝、二次对称冷凝、多旋转接头和球形集能阵列等方案。与此同时，中国在无线能源传输等关键技术上取得了重要进展。目前，中国对空间太阳能电站的研究已经初步实现了从“跟随”到“共同运行”，成为推动世界空间太阳能电站发展的重要力量。

中国航天科技集团公司第五研究院科技委员会主任李明曾告诉记者，如果中国能够保持并进一步加大研发力度，中国有望成为世界上第一个建造具有实用价值的空间太阳能发电站的国家。

记者了解到，中国首个空间太阳能电站实验基地近日在重庆开工建设，计划在2021年至2025年建设中小型平流层太阳能电站并发电。大型空间太阳能发电站系统的工作将于2025年后开始。Xi将为空间太阳能电站系统项目建立一个地面验证平台，用于系统地验证空间太阳能电站的功能和效率。

根据有关专家组的论证和建议，中国应力争在未来10年内完成空间超高压发电传输和无线能量传输的试验验证，实现“2030年开始建设兆瓦级空间太阳能电站，2050年具备建设千兆瓦商用空间太阳能电站的能力”的中长期目标。