科技日報2019年2月14日訊 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(shù)首席科學(xué)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(dāng)然，空間太陽能電站的應(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(shè)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(jìn)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(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，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目標(biāo)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(jìn)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(fēng)、龍卷風(fēng)等惡劣氣象。將空間太陽能電站的巨大能量傳輸?shù)脚_風(fēng)所在區(qū)域，可以改變臺風(fēng)的溫度分布，破壞其形成過程。
面臨多項技術(shù)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(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ㄊ?，通過轉(zhuǎn)換裝置將其轉(zhuǎn)換成為電能接入電網(wǎng)。
“目前其技術(shù)原理已沒有太大問題。”龐之浩說，近年來太陽能發(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)。但空間太陽能電站作為一個宏大的空間系統(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(dá)上千噸。如何建設(shè)？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(shù)將所需組件打印出來，再通過太空機器人進(jìn)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(shè)對新材料、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，空間太陽能電站被稱為新時期航天和能源領(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(guān)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(zhuǎn)關(guān)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(guān)鍵技術(shù)方面取得了重要進(jìn)展。當(dāng)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(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(shè)，計劃在2021年至2025年建設(shè)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(guān)工作。西安將建設(shè)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(guān)專家組論證建議，我國應(yīng)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(shè)兆瓦級空間太陽能試驗電站，2050年前具備建設(shè)吉瓦級商業(yè)空間太陽能電站的能力”的中、遠(yuǎn)期目標(biāo)。（付毅飛）