中科院官网截图

“远距离无线传能技术”是难关

发电效率高、持久、清洁,不受季节、昼夜变化影响,甚至还能作为深空探测能源系统的候选方案,使航天器摆脱巨大的太阳能电池翼......空间太阳能发电这种“颠覆性技术”,国内十几年前便已展开讨论。

2006年,中国航天科技集团公司组织空间太阳能电站概念研讨会;2011年,王希季、闵桂荣、周炳琨、梁思礼和龙乐豪等多位院士专家提出“发展空间太阳能电站从根本上解决能源和气候变化危机的建议”。

2014年,国家层面组织专家开展“太空发电站发展规划及关键技术体系”论证工作,并提出中国空间太阳能电站发展路线图:

第一阶段是在2030年左右建设兆瓦级空间太阳能试验电站,实现应急供电并开展科学研究;第二阶段是在2050年前具备建设吉瓦级商业化空间太阳能电站的能力,满足国家可持续发展对能源安全的战略需求。其中第一阶段,又分三步走。首先进行关键技术的地面及浮空器试验验证;其次是进行高空超高压发电输电验证;最终进行空间无线传能试验。

经过十几年的讨论,技术原理早已不是问题,路线图也早就提出,为什么现在才开始建设实验基地?主要还是因为空间太阳能电站真正建设起来难度较高,投入成本巨大,因此是否应当发展空间太阳能电站在国内也存在很大争议。

中国要建空间太阳能电站,有哪些难点?

空间太阳能电站概念图

空间太阳能电站的难点之一是无线传输能量技术。

“大功率空地能量传送?一个失误就是烧烤现场。”曾有网友如此评论道。

调侃归调侃。按照设计构想,中国空间太阳能电站将距地面3.6万公里,位于地球的同步轨道上,属于高轨道。而大多数卫星、空间站都在近地轨道上,例如国际空间站一般在距地表300多公里的轨道上运行。而空间太阳能电站的高度是空间站的100多倍。在这样的高度上进行能量传输,难度可想而知。

据《中国新闻周刊》报道,杨士中团队今年8月曾对外表示,太空电站的关键,在于将电从太空以无线的方式稳定地传输到地面电网,因此大功率、远距离无线传能技术的突破是一个必须跨越的难关,比如传输效率是否足够大,波束是否指向规定的接收口径,让误差尽可能缩小。这些技术都要先在浮空平台上做试验,为今后真正的空间太阳能电站打下基础。

目前,空间太阳能电站的远距离无线能量传输载体有微波和激光两种解决方案。相较而言,微波的能量传输效率更高,云层穿透损耗低,安全性较好,且技术相对成熟,因此现行方案多以微波传输为主。