科技日?qǐng)?bào)2019年2月14日訊 開(kāi)電動(dòng)汽車回家，近年成為春運(yùn)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(dòng)車身影。
這樣的悲劇有望杜絕。全國(guó)空間探測(cè)技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩13日向科技日?qǐng)?bào)記者表示，如果我國(guó)建成空間太陽(yáng)能電站，電動(dòng)車或能隨時(shí)隨地充電，不再有“斷糧”之憂。
當(dāng)然，空間太陽(yáng)能電站的應(yīng)用遠(yuǎn)不止如此。它的作用有多大，離我們的生活還有多遠(yuǎn)？龐之浩進(jìn)行了介紹。
用之不竭的清潔能源
人類對(duì)太陽(yáng)能的利用早已普及，但太陽(yáng)能在地面的利用率并不高，其會(huì)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(shí)能量密度變化巨大，很不穩(wěn)定。
太空中太陽(yáng)能卻非常充裕。龐之浩說(shuō)，如果在大約3.6萬(wàn)公里高度的地球同步軌道上建設(shè)太陽(yáng)能電站，太陽(yáng)光線不會(huì)被大氣減弱，也不受季節(jié)、晝夜變化影響，99%的時(shí)間內(nèi)可穩(wěn)定接收太陽(yáng)輻射，其強(qiáng)度是地面的6倍以上。通過(guò)空間向地面進(jìn)行能量的定點(diǎn)傳輸，可為人類提供用之不竭的清潔能源。
空間太陽(yáng)能電站發(fā)展的核心應(yīng)用目標(biāo)，是為地面提供大規(guī)模商業(yè)化的電力供給。龐之浩說(shuō)，由于覆蓋面積廣，其可以向偏遠(yuǎn)地區(qū)、海島和災(zāi)區(qū)供電，還可以靈活用于地面移動(dòng)目標(biāo)供電。
同時(shí)，空間太陽(yáng)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(yáng)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(cè)能源系統(tǒng)的候選方案，未來(lái)還可以利用它進(jìn)行空間燃料生產(chǎn)以及空間加工制造，實(shí)現(xiàn)空間工業(yè)發(fā)展。
此外，空間太陽(yáng)能電站還能收拾傳統(tǒng)能源造成的“爛攤子”。龐之浩說(shuō)，石化能源的利用引起了全球氣候變暖，隨之頻頻產(chǎn)生臺(tái)風(fēng)、龍卷風(fēng)等惡劣氣象。將空間太陽(yáng)能電站的巨大能量傳輸?shù)脚_(tái)風(fēng)所在區(qū)域，可以改變臺(tái)風(fēng)的溫度分布，破壞其形成過(guò)程。
面臨多項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)
龐之浩介紹，空間太陽(yáng)能電站的主要工作原理是：太陽(yáng)能發(fā)電裝置將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成為電能；能量轉(zhuǎn)換裝置將電能轉(zhuǎn)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ㄊㄟ^(guò)轉(zhuǎn)換裝置將其轉(zhuǎn)換成為電能接入電網(wǎng)。
“目前其技術(shù)原理已沒(méi)有太大問(wèn)題。”龐之浩說(shuō)，近年來(lái)太陽(yáng)能發(fā)電效率、微波轉(zhuǎn)化效率以及相關(guān)航天技術(shù)取得了很大進(jìn)步，為下一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。但空間太陽(yáng)能電站作為一個(gè)宏大的空間系統(tǒng)，在許多技術(shù)方面都有待突破。
例如，目前人類最大的航天器——國(guó)際空間站重400多噸，而一個(gè)工業(yè)級(jí)空間太陽(yáng)能發(fā)電站重達(dá)上千噸。如何建設(shè)？有國(guó)內(nèi)專家建議，先將空間太陽(yáng)能電站的建造材料發(fā)射到太空，建立“太空工廠”，通過(guò)3D打印技術(shù)將所需組件打印出來(lái)，再通過(guò)太空機(jī)器人進(jìn)行組裝。這是目前的研究方向之一。
長(zhǎng)期運(yùn)行的安全性也是重要問(wèn)題。龐之浩說(shuō)，長(zhǎng)期微波輻射下對(duì)生態(tài)、大氣、生物體等的影響問(wèn)題，有待深入研究。
此外，空間太陽(yáng)能電站的建設(shè)對(duì)新材料、高效能量轉(zhuǎn)化器件、超大型航天器結(jié)構(gòu)及控制技術(shù)、在軌組裝維護(hù)技術(shù)等都提出了很大挑戰(zhàn)。
我國(guó)有望率先建成
由于在重量、尺度方面遠(yuǎn)超現(xiàn)有航天設(shè)施，空間太陽(yáng)能電站被稱為新時(shí)期航天和能源領(lǐng)域的“曼哈頓工程”。自1968年相關(guān)概念被提出，美國(guó)政府和企業(yè)已投入近億美元，實(shí)施了多項(xiàng)研發(fā)計(jì)劃；日本將其正式列入國(guó)家航天長(zhǎng)期規(guī)劃；俄羅斯、印度、韓國(guó)、歐空局等也在開(kāi)展相關(guān)研究。
2008年，我國(guó)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)方面取得了重要進(jìn)展。當(dāng)前，我國(guó)在空間太陽(yáng)能電站研究方面初步實(shí)現(xiàn)從“跟跑”到“并跑”，成為國(guó)際上推動(dòng)空間太陽(yáng)能電站發(fā)展的重要力量。
中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院科技委主任李明曾向記者表示，如能保持并進(jìn)一步加大研發(fā)力度，我國(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。
記者了解到，我國(guó)首個(gè)空間太陽(yáng)能電站實(shí)驗(yàn)基地近日在重慶啟動(dòng)建設(shè)，計(jì)劃在2021年至2025年建設(shè)中小規(guī)模平流層太陽(yáng)能電站并發(fā)電；2025年后開(kāi)始大規(guī)模空間太陽(yáng)能電站系統(tǒng)相關(guān)工作。西安將建設(shè)空間太陽(yáng)能電站系統(tǒng)項(xiàng)目地面驗(yàn)證平臺(tái)，將用于對(duì)空間太陽(yáng)能電站功能與效率的系統(tǒng)驗(yàn)證。
根據(jù)有關(guān)專家組論證建議，我國(guó)應(yīng)力爭(zhēng)在未來(lái)十余年完成空間超高壓發(fā)電輸電及無(wú)線能量傳輸試驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)“2030年開(kāi)始建設(shè)兆瓦級(jí)空間太陽(yáng)能試驗(yàn)電站，2050年前具備建設(shè)吉瓦級(jí)商業(yè)空間太陽(yáng)能電站的能力”的中、遠(yuǎn)期目標(biāo)。（付毅飛）