電動車或將永無“斷糧”之憂——

我國有望率先建成空間太陽能電站

本報記者 付毅飛

開電動汽車回家，近年成為春運模式中許多人的“新挑戰(zhàn)”。擁堵的高速公路上，不乏趴窩的電動車身影。

這樣的悲劇有望杜絕。全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩13日向科技日報記者表示，如果我國建成空間太陽能電站，電動車或能隨時隨地充電，不再有“斷糧”之憂。

當然，空間太陽能電站的應用遠不止如此。它的作用有多大，離我們的生活還有多遠?龐之浩進行了介紹。

用之不竭的清潔能源

人類對太陽能的利用早已普及，但太陽能在地面的利用率并不高，其會因大氣的吸收和散射，以及云雨、季節(jié)、晝夜更替的影響而衰減。同時能量密度變化巨大，很不穩(wěn)定。

太空中太陽能卻非常充裕。龐之浩說，如果在大約3.6萬公里高度的地球同步軌道上建設太陽能電站，太陽光線不會被大氣減弱，也不受季節(jié)、晝夜變化影響，99%的時間內(nèi)可穩(wěn)定接收太陽輻射，其強度是地面的6倍以上。通過空間向地面進行能量的定點傳輸，可為人類提供用之不竭的清潔能源。

空間太陽能電站發(fā)展的核心應用目標，是為地面提供大規(guī)模商業(yè)化的電力供給。龐之浩說，由于覆蓋面積廣，其可以向偏遠地區(qū)、海島和災區(qū)供電，還可以靈活用于地面移動目標供電。

同時，空間太陽能電站能為“可視”范圍內(nèi)的航天器供電，使航天器擺脫巨大的太陽能電池翼，并大大增加功率水平和控制精度。它也能作為深空探測能源系統(tǒng)的候選方案，未來還可以利用它進行空間燃料生產(chǎn)以及空間加工制造，實現(xiàn)空間工業(yè)發(fā)展。

此外，空間太陽能電站還能收拾傳統(tǒng)能源造成的“爛攤子”。龐之浩說，石化能源的利用引起了全球氣候變暖，隨之頻頻產(chǎn)生臺風、龍卷風等惡劣氣象。將空間太陽能電站的巨大能量傳輸?shù)脚_風所在區(qū)域，可以改變臺風的溫度分布，破壞其形成過程。

面臨多項技術挑戰(zhàn)

龐之浩介紹，空間太陽能電站的主要工作原理是：太陽能發(fā)電裝置將太陽能轉化成為電能;能量轉換裝置將電能轉換成微波或激光等形式，并利用發(fā)射裝置向地面發(fā)送波束;地面接收系統(tǒng)接收空間傳輸?shù)牟ㄊ?，通過轉換裝置將其轉換成為電能接入電網(wǎng)。

“目前其技術原理已沒有太大問題。”龐之浩說，近年來太陽能發(fā)電效率、微波轉化效率以及相關航天技術取得了很大進步，為下一步發(fā)展奠定了基礎。但空間太陽能電站作為一個宏大的空間系統(tǒng)，在許多技術方面都有待突破。

例如，目前人類最大的航天器——國際空間站重400多噸，而一個工業(yè)級空間太陽能發(fā)電站重達上千噸。如何建設?有國內(nèi)專家建議，先將空間太陽能電站的建造材料發(fā)射到太空，建立“太空工廠”，通過3D打印技術將所需組件打印出來，再通過太空機器人進行組裝。這是目前的研究方向之一。

長期運行的安全性也是重要問題。龐之浩說，長期微波輻射下對生態(tài)、大氣、生物體等的影響問題，有待深入研究。

此外，空間太陽能電站的建設對新材料、高效能量轉化器件、超大型航天器結構及控制技術、在軌組裝維護技術等都提出了很大挑戰(zhàn)。

我國有望率先建成

由于在重量、尺度方面遠超現(xiàn)有航天設施，空間太陽能電站被稱為新時期航天和能源領域的“曼哈頓工程”。自1968年相關概念被提出，美國政府和企業(yè)已投入近億美元，實施了多項研發(fā)計劃;日本將其正式列入國家航天長期規(guī)劃;俄羅斯、印度、韓國、歐空局等也在開展相關研究。

2008年，我國將空間太陽能電站研發(fā)工作納入國家先期研究規(guī)劃，近年來提出了平臺非聚光型、二次對稱聚光型、多旋轉關節(jié)以及球型能量收集陣列等方案，同時在無線能量傳輸?shù)汝P鍵技術方面取得了重要進展。當前，我國在空間太陽能電站研究方面初步實現(xiàn)從“跟跑”到“并跑”，成為國際上推動空間太陽能電站發(fā)展的重要力量。

中國航天科技集團公司五院科技委主任李明曾向記者表示，如能保持并進一步加大研發(fā)力度，我國有望成為世界首個建成有實用價值空間太陽能電站的國家。

記者了解到，我國首個空間太陽能電站實驗基地近日在重慶啟動建設，計劃在2021年至2025年建設中小規(guī)模平流層太陽能電站并發(fā)電;2025年后開始大規(guī)?？臻g太陽能電站系統(tǒng)相關工作。西安將建設空間太陽能電站系統(tǒng)項目地面驗證平臺，將用于對空間太陽能電站功能與效率的系統(tǒng)驗證。

根據(jù)有關專家組論證建議，我國應力爭在未來十余年完成空間超高壓發(fā)電輸電及無線能量傳輸試驗驗證，實現(xiàn)“2030年開始建設兆瓦級空間太陽能試驗電站，2050年前具備建設吉瓦級商業(yè)空間太陽能電站的能力”的中、遠期目標。