Figure 1: Schematic diagram of the operation of a space solar power plant in orbit. Figure 2: “Daily Project” – Omega Space Solar Power Plant Ground Check System. Photos ① and ② were provided by Xi’an University of Electronic Science and Technology. “Let’s build a power plant in space and light up the Earth with clean energy!” This bold idea, once only seen in science fiction, is now accelerating toward reality.随着全球能源转型的深入和航天发射成本的不断下降，空间太阳能电站的“未来能源”概念成为世界领先科技强国竞相设计的新高地。中国正在稳步推进太阳能航天电站“日常工程”，计划在2030年左右进行兆瓦级高水平在轨测试。美国商人埃隆·马斯克近日表示，计划在太空部署每颗1亿千瓦的人工智能卫星太阳能发电网络年。这项技术之所以受到全球关注，是因为它比常规能源具有优势，被认为是解决人类能源困境的最终解决方案之一。空间发电的优点和难点 空间太阳能发电站的想法最早由美国科学家彼得·格拉瑟于1968年提出，其工作原理与通信卫星类似。 Solar panels orbit the Earth and rotate so that they always face the sun and receive sunlight at the optimal angle.然后，收集到的能量以微波的形式传输到地面接收站，在那里转化为电能并连接到现有的电网基础设施。与地球上的太阳能发电相比，太空发电的条件非常完美：无云、无昼夜、无大气变暗。 In geostationary orbit or Earth-Sun synchronous orbit, a single solar panel receives 8 to 太阳辐射比地球多10倍，使其能够24小时连续发电。它有潜力成为稳定的“基本负载电源”（稳定持续运行的基本电源）。同时，空间太阳能电站具有非常强的扩展能力，可以通过扩展来满足世界能源增长的需求。如果将一条 1 公里宽的太阳带放置在地球静止轨道上，它一年内接收到的能量相当于从地球上开采的石油量。rra。太空太阳能发电厂还可能提供多种附加值。首先，它减少了卫星的压力，允许取消大型笨重的太阳能翼（帆），代之以紧凑的接收天线，从“空间充电桩”获取电力，从而显着提高灵活性和耐用性。其次，它可以实现电力和信息的双重传输，因此通信导航卫星测试仪还具有接收功率的能力。 The third is to optimize spatial information processing and complete data processing directly in space to avoid problems such as packet loss and distortion caused by the current “space compression, air-to-ground transmission, and terrestrial decompression” model.第四，它为月球基地和火星前哨站等深空探测设施提供远程无线电源。然而，在太空建造超级电站并不是一件容易的事。国际上已经提出了多种空间太阳能电站的设计方案。根据太阳能收集形式的不同，主要分为集中式和非集中式两类。 The core idea of ​​space concentrating solar power plants is to use a special concentrating system to concentrate sunlight on the surface of solar cells, improving the efficiency of photoelectric conversion.另一方面，从反相器发射的微波束mitting antenna is precisely directed to the spacecraft antenna or the ground receiving station.典型的解决方案包括美国的“Alpha”和中国的“Omega”，其具有结构紧凑、重量轻的优点，但对热管理和指向精度要求较高。太阳能发电厂特别是分散机构直接放置带有独立微波发射天线的大面积柔性光伏阵列。例如日本的“弦结构”方案和中国的“多旋转关节”配置。此类设计较为简洁，但需要解决超大型柔性结构在轨部署、高精度两轴定向等问题。这就像一个巨大的“太空帆”在高速行驶时不断指向两个不同的目标，这是一个巨大的挑战。无论采用哪种方案，空间太阳能电站作为极端方案都必须攻克许多重要的基础技术。连接“太空与太空”、“太空与地球”的大型供电系统。例如，大功率、高效率、远距离无线微波能量传输、超大型结构在轨组装、布里、极端热环境控制、长期可靠运行等。这些技术相互交织，需要系统性的进步。按下空间能源研发“快进键”。近年来，空间太阳能发电站已从理论探索进入工程验证的主要阶段。许多国家正在加快关键技术的研究和样机测试。一系列革命性的进展使得该技术的实施前景日益明朗。英国将把天基太阳能发电厂建设纳入其综合国家能源战略和太空战略，并提供大量资金和政策支持。欧洲航天局y 将太空太阳能电站定位为“具有长期生存能力的基本负载能源选择”，并持续投入研发并不断推进相关技术的验证。NASA、国防部等机构不断推进关键部件和技术的空间验证。2023年，加州理工学院向轨道发射了一套采用分布式信道集中器设计的微型微波功率传输收发天线，两根天线之间的距离仅1英尺，成功传输了微波2024年12月，日本宇宙航空研究开发机构与工业界合作进行了来自商业的微波能量传输试验。一架客机飞往长野县地面。该机以每小时700公里的速度在7000米的高度飞行，向地面13个接收点发射270瓦的微波功率，验证了快速移动平台向地面传输微波功率的精确技术的可行性。尽管中国在这一领域起步较晚，但进展很快。 2022年6月，西安电子科技大学牵头建设“筑立工程”。这座75米高的测试塔是全球首个全系统、全链路的空间太阳能电站地面验证系统。近期，“朱孙计划”取得一系列新突破。 “一对多”动目标能量传输技术，实现了发射系统同时向多个或动目标提供能量，解决了多个目标供电的精确控制问题。后备军。未来，预计d 同时为地面上的多个航天器和移动设备供电。高精度指向控制进一步提高了微波束的指向精度。度，减少能量损失。发射接收天线集成化、小型化、轻量化取得重大进展，为设备在空间部署奠定基础。此外，中国航天科技集团公司第五研究院、重庆大学、四川大学、上海大学、中科院电工研究所、哈尔滨工业大学、上海交通大学等部门也积极参与相关关键技术研究，形成多学科联合创新格局。未来将会出现丰富多样的应用场景。未来，当空间太阳能电站建成并投入运行时，能源形势人类社会将发生翻天覆地的变化，应用场景将远远超出想象。在陆地能源供应领域，传统电网受到地形和经济成本的限制。在偏远山区、沙漠和海洋等地区安装电力线路既困难又昂贵。太空太阳能电站位于太空，其视野可以完全覆盖地球上所有区域和地形。微波无线电力传输将为这些地区提供持续稳定的电力供应，为全球能源的包容性做出贡献。在紧急救灾领域，地震、台风、洪水等灾害经常造成大面积停电。空间太阳能电站无线微波输电可提供灵活的应急供电，可快速提供“机载电力支持”，如医疗救援、通讯保障、临时安置用电等救灾现场的信息，可以为拯救生命赢得宝贵的时间。 In the aerospace field, with the advent of the space age, more and more artificial satellites, space stations and deep space probes are venturing into space and the demand for electricity continues to increase. Space solar power plants can provide long-range, high-performance power support to these spacecraft, enabling operating cycles of slonger satellites and more powerful capabilities. Deep space probes will be able to fly farther, space stations will be able to conduct more scientific experiments, and the scope and duration of human space exploration will be greatly expanded.未来的“太空互联网”和月球基地都可能取决于这个“太空能源银行”。更富有想象力的是，太空太阳能发电厂可能成为应对极端气候的新工具。台风等极端天气事件常常给沿海地区造成重大灾害。 Microwave wireless energy injection methods可用于台风地区下沉冷气流中连续加热水蒸气。如果这种能量足够大，有望改变区域大气环流，从而改变台风的强度和方向，减少台风造成的灾害损失。当然，太空太阳能发电站从科学实验到商业可行的产业还有很长的路要走。各国除了要求科学家掌握一套关键技术外，还应该共享技术成果，分担研发成本，共同应对挑战。同时，商业机构的参与也很重要。要让清洁太空能源走进千家万户，成为真正造福全人类的可持续能源解决方案，需要建立政府主导、市场驱动、产学研结合的创新生态系统，降低建设和运营成本。 （自动中国工程院院士、西安电子科技大学教授）（人民日报）