歷時十幾年、數(shù)十位院士專家建言獻策，中國首個空間太陽能電站實驗基地，于近日正式開建！
據(jù)悉，“電站” 地點位于重慶市璧山區(qū)，主要涉及空間太陽能發(fā)電站、空間信息網(wǎng)及無線微波傳能等技術(shù)的前期演示模擬和驗證。
圖 | 相關(guān)項目效果圖（來源：璧山區(qū)委宣傳部）
簡單來說，“電站” 的主要功能是把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并用微波方式或激光方式，把電能送到地面。
動圖 | 璧山“電站”效果圖（來源：資料圖）
具體來說，是通過在地球軌道上建立太陽能電站，去收集太陽能并以無線能量傳輸方式、持續(xù)向地面供電的發(fā)電系統(tǒng)。
其主要優(yōu)勢在于，晝夜、天氣、地區(qū)緯度等因素，都不會影響到空間太陽能電站。由于意義重大，國際上將此類項目稱為能源領(lǐng)域的 “曼哈頓工程” 。
圖 | 相關(guān)項目效果圖（來源：璧山區(qū)委宣傳部）
1968 年，美國科學(xué)家和航空工程師彼得?格拉澤（Peter Glaser），希望借助 “天對地” 的供電來解決能源問題，由此提出了空間太陽能電站的概念，并申請到相關(guān)專利。但由于技術(shù)壁壘高、所需系統(tǒng)規(guī)模過大，至今尚無國家建造出完整 “電站”。
圖 | 彼得?格拉澤（Peter Glaser）申請的相關(guān)專利（來源：維基百科）
而重慶璧山本次開建的“電站” 實驗基地項目，總投資約 26 億元，目前基地已獲得首期投資約 1 億元，投資額度之多足見決心之大。
基地內(nèi)包括 33 畝核心實驗建設(shè)區(qū)，將建成實驗科普綜合樓和試驗平臺等。核心試驗區(qū)約為 106 畝，包括升空試驗場地、氣球平臺調(diào)試大廳等設(shè)施，將重點進行空間太陽能發(fā)電站、無線微波傳能以及空間信息網(wǎng)等技術(shù)的前期演示模擬與驗證。
另外還有 167 畝外圍隔離區(qū)面積，屆時這里將是科普教育中心，同時也將種植太空育種植物，以及推進太空科普旅游。
圖 | 璧山空間太陽能電站實驗基地效果圖（來源：資料圖）
建成后，璧山 “電站” 會成為中國第一個集試驗、技術(shù)集成攻關(guān)、科學(xué)數(shù)據(jù)野外觀測及新產(chǎn)業(yè)培育為一體的大型綜合實驗基地，將“改變傳統(tǒng)能源傳輸方式、破解能源供給難題”等產(chǎn)生重大意義。
（來源：資料圖）
據(jù)悉，“電站” 隸屬于重慶無線能量傳輸及環(huán)境影響科學(xué)工程項目，于 2018 年正式啟動，當(dāng)時重慶市璧山區(qū)人民政府、重慶大學(xué)、中國空間技術(shù)研究院西安分院、西安電子科技大學(xué)聯(lián)合簽署了相關(guān)合作協(xié)議，并由中國工程院院士、重慶大學(xué)通信與測控中心教授楊士中擔(dān)任項目技術(shù)負責(zé)人。
圖 | 楊士中（來源：資料圖）
談及未來計劃楊士中告訴媒體，前期會在 “電站” 進行演示模擬與驗證，從而給相關(guān)技術(shù)研究提供參考。
其中，2025 年左右預(yù)計實現(xiàn)中小規(guī)模平流層太陽能電站、以及并網(wǎng)發(fā)電，2025 年之后計劃將進行大規(guī)模空間太陽能電站的系統(tǒng)應(yīng)用工作。
他還表示：“空間太陽能電站的電能，主要通過無線方式進行傳輸，通過微波，對偏遠地區(qū)、受災(zāi)地區(qū)等可進行定向供電或移動供電?！?/p>
圖 | 項目鳥瞰效果圖（來源：資料圖）
之所以選址重慶璧山，是因為從自然條件來看，這里日照多、云霧陰雨少、無霜期長、氣候濕潤，基地周圍三面環(huán)山，能讓有關(guān)實驗順利實施；
從行政條件來看，該基地在成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈中起著重要作用，璧山區(qū)政府也把 “科技璧山 創(chuàng)新璧山” 作為該區(qū)的口號之一，此外該區(qū)位于重慶主城區(qū)西邊，因此這座位于渝西的基地，也必將和成都發(fā)生產(chǎn)業(yè)聯(lián)動。
圖 | 璧山區(qū)政府官網(wǎng)部分介紹（來源：璧山區(qū)政府官網(wǎng)）
中國空間太陽能電站從 “跟跑” 到 “并跑”
楊士中曾表示，相比石油、天然氣等能源，太陽能是取之不盡、用之不竭的能源，具備高效、清潔、持久等特點。但由于大氣層衰減，此前國內(nèi)的地面太陽能電站可產(chǎn)生的電力有限。
而設(shè)想中的空間太陽能電站，距離地面高度將達到 3.6 萬公里，這能完美避開大氣層衰減影響，晴天雨天、白天夜晚都能全天候發(fā)電，還能大規(guī)模收集、轉(zhuǎn)化太陽能，“并以無線方式將電能穩(wěn)定傳輸?shù)降孛骐娋W(wǎng)”。
全國空間探測技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩此前告訴媒體：“（這時）太陽光線不會被大氣削弱，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，且其強度是地面的 6 倍以上?！?/p>
圖 | 龐之浩（來源：資料圖）
在新能源電動汽車急速發(fā)展的當(dāng)下，空間太陽能電站對于普通車主也有好處，龐之浩表示：“（這意味著）電動汽車或能隨時隨地充電，不再有‘?dāng)嗉Z’之憂。” 未來的電動汽車，或許再也不會因為電池沒電而 “趴窩” 在路上。
要想達到上述設(shè)想，至少要克服五大難題：其一，只有研發(fā)出大運力運載火箭，太空才能收到空間電站建設(shè)所需要的材料；其二，只有實現(xiàn)相關(guān)太空制造技術(shù)，才能在太空中組裝空間電站；其三，要實現(xiàn)空間能量到地面的高效傳輸；其四，空間技術(shù)要達到相應(yīng)水平；其五，要兼顧空間電站帶來的環(huán)境影響。
動圖 | 璧山“電站”效果圖（來源：資料圖）
而一旦建成，它會給傳統(tǒng)能源傳輸方式、破解能源供給難題帶來重大改變，延伸出的相關(guān)技術(shù)如空間太陽能應(yīng)用、無線通信等，還可實現(xiàn)軍民兩用。
中國科學(xué)院院士葛昌純曾撰文表示：“空間太陽能電站與可控核聚變電站被認為是兩種最有可能的終極能源解決途徑。可控核聚變目前仍處于基礎(chǔ)科學(xué)研究有待突破的階段，而空間太陽能電站不存在基礎(chǔ)科學(xué)問題，雖然工程規(guī)模巨大，但相關(guān)技術(shù)經(jīng)過持續(xù)研發(fā)是能夠在一定時間內(nèi)取得重要突破的?！?/p>
圖 | 葛昌純（來源：資料圖）
龐之浩也曾表示：“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。由于覆蓋面積廣、電力傳輸靈活，該技術(shù)能對偏遠地區(qū)、受災(zāi)地區(qū)以及重要設(shè)施等進行定向或移動供電，為改善電力能源結(jié)構(gòu)及供電方式提供創(chuàng)新方案，社會效益極高?！?/p>
近年來，新一輪航天裝備制造產(chǎn)業(yè)革命正在進行中，相關(guān)制造產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈、價值鏈和創(chuàng)新鏈也呈現(xiàn)出多布局局面，多地區(qū)協(xié)同也能更好打通經(jīng)濟資源和人力資源，從而讓中國航天在全球航天競爭中更好地發(fā)揮作用。另據(jù)悉，重慶和成都兩地也正在合作建設(shè)世界萬億級裝備制造產(chǎn)業(yè)集群。
據(jù)中國航天科技集團五院此前公開介紹，2008 年起，空間太陽能電站研發(fā)工作開始被納入國家先期研究規(guī)劃。十幾年來，在空間太陽能電站方案的設(shè)計上，相關(guān)部門陸續(xù)提出了平臺非聚光型、二次對稱聚光型、多旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、和球型能量收集陣列等。與此同時，一些關(guān)鍵技術(shù)比如無線能量傳輸?shù)纫灿兴M展。
動圖 | 璧山“電站”效果圖（來源：資料圖）
可以說，在空間太陽能電站的研究上，中國已實現(xiàn)從 “跟跑” 到 “并跑”，是推動領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展的重要國際力量之一，在相關(guān)計劃的制定上，多位專家院士頗有遠見且多次建言獻策。
2011 年，中國空間技術(shù)的開創(chuàng)者之一、中科院院士王希季等多位院士，提出 “發(fā)展空間太陽能電站從根本上解決能源和氣候變化危機的建議”。
2013 年，中科院院士楊士中和工程院院士段寶巖，提出了 “關(guān)于盡早啟動太空發(fā)電站關(guān)鍵技術(shù)研究的建議”。
2014 年 5 月，王希季等專家再次積極獻計獻策，在 “空間太陽能電站發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)” 的第 499 次香山科學(xué)會議上，參會專家深入討論后認為，建設(shè)空間太陽能電站具有重大戰(zhàn)略意義，應(yīng)提升至國家層面進行組織論證。彼時，中國能源學(xué)會也提出了 “關(guān)于發(fā)展商用空間太陽能電站解決我國未來能源環(huán)境問題的建議”。
2014 年，相關(guān)專家提出了如下發(fā)展路線建議：中期計劃于 2030 年左右建設(shè)兆瓦級 “電”，力爭讓應(yīng)急供電成為現(xiàn)實；遠期計劃于 2050 年之前具備建設(shè)百萬千瓦級商業(yè)化 “電站” 的能力，以滿足能源安全的戰(zhàn)略需求。
在科研力量上，中國幾十家科研院所和企業(yè)，正在攻關(guān)超大型空間結(jié)構(gòu)在軌裝配、空間超高壓發(fā)電輸電和高效無線能量傳輸?shù)戎匾夹g(shù)。
除本次璧山 “電站”之外，2019 年西安電子科技大學(xué)也已啟動相關(guān)空間太陽能電站系統(tǒng)項目，項目名為 “逐日工程”。
圖 | 2019 年 “逐日工程” 啟動（來源：資料圖）
對比國外，最近幾年美國空軍研究實驗室和諾斯羅普?格魯曼公司等機構(gòu)也在加快研發(fā)，關(guān)鍵技術(shù)的空間驗證計劃于 2025 年之前開展；日本也提出了相關(guān)發(fā)展路線圖，設(shè)想在 2050 年之前建設(shè)商業(yè) “電站”；英國則于 2020 年公開委托兩家公司進行評估，從而對 “電站” 研發(fā)策略進行商定。
本次 “電站”實驗基地正式開建的消息一出，網(wǎng)上出現(xiàn)了 “領(lǐng)先美俄！中國計劃將千噸發(fā)電站送上太空，可供人類 10 萬年用電？” 的說法，對此一位業(yè)內(nèi)專家表示，現(xiàn)在還處于討論階段，也尚未最終建好，只能說這是領(lǐng)域內(nèi)的重要設(shè)施，不能說中國在相關(guān)技術(shù)上一定優(yōu)于其他國家。
圖 | 宇宙星球（來源：Pixabay）
該專家告訴 DeepTech，在建設(shè) “電站” 上可借鑒國外經(jīng)驗，其中日本在無線能量傳輸上，由于研究時間較長，當(dāng)前在技術(shù)深度上優(yōu)于中國。而國內(nèi)相關(guān)機構(gòu)，也正在和日本對應(yīng)部門進行交流，但尚未建立合作。
并且重慶 “電站” 可能并非一旦建成、就能使用太空能源，但起碼會給無線能量傳輸領(lǐng)域的相關(guān)科研帶來一定幫助。
至于是否能讓太空中的宇航員用到這種電，理論上可給航天器供電，并有望讓航天器告別巨大的太陽能電池翼，從而降低自身輜重。但也得考慮是否存在相關(guān)場景需求，以及是否會帶來其他問題。
這位專家也提到，“電站”對無人月球探測也具備一定意義，即能作為未來月球探測月夜供電的一種方式。月球夜晚長達 14 天，假如人類登上月球，夜間供電就會十分必要。屆時，如果儲存電能跟不上，“電站”的無線供電模式則能起到重要作用。
