科技日報2019年2月14日訊 開(kāi)電動(dòng)汽車(chē)回家，近年成為春運模式中許多人的“新挑戰”。擁堵的高速公路上，不乏趴窩的電動(dòng)車(chē)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(zhuān)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(yáng)能電站，電動(dòng)車(chē)或能隨時(shí)隨地充電，不再有“斷糧”之憂(yōu)。
當然，空間太陽(yáng)能電站的應用遠不止如此。它的作用有多大，離我們的生活還有多遠？龐之浩進(jìn)行了介紹。
用之不竭的清潔能源
人類(lèi)對太陽(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、晝夜更替的影響而衰減。同時(shí)能量密度變化巨大，很不穩定。
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太陽(yáng)能電站，太陽(yáng)光線(xiàn)不會(huì )被大氣減弱，也不受季節、晝夜變化影響，99%的時(shí)間內可穩定接收太陽(yáng)輻射，其強度是地面的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(lèi)提供用之不竭的清潔能源。
空間太陽(yáng)能電站發(fā)展的核心應用目標，是為地面提供大規模商業(yè)化的電力供給。龐之浩說(shuō)，由于覆蓋面積廣，其可以向偏遠地區、海島和災區供電，還可以靈活用于地面移動(dòng)目標供電。
同時(shí)，空間太陽(yáng)能電站能為“可視”范圍內的航天器供電，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能源系統的候選方案，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)現空間工業(yè)發(fā)展。
此外，空間太陽(yáng)能電站還能收拾傳統能源造成的“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到臺風(fēng)所在區域，可以改變臺風(fēng)的溫度分布，破壞其形成過(guò)程。
面臨多項技術(shù)挑戰
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)能轉化成為電能；能量轉換裝置將電能轉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；地面接收系統接收空間傳輸的波束，通過(guò)轉換裝置將其轉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?！饼嬛普f(shuō)，近年來(lái)太陽(yáng)能發(fā)電效率、微波轉化效率以及相關(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。但空間太陽(yáng)能電站作為一個(gè)宏大的空間系統，在許多技術(shù)方面都有待突破。
例如，目前人類(lèi)最大的航天器——國際空間站重400多噸，而一個(gè)工業(yè)級空間太陽(yáng)能發(fā)電站重達上千噸。如何建設？有國內專(zhuān)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(chǎng)”，通過(guò)3D打印技術(shù)將所需組件打印出來(lái)，再通過(guò)太空機器人進(jìn)行組裝。這是目前的研究方向之一。
長(cháng)期運行的安全性也是重要問(wèn)題。龐之浩說(shuō)，長(cháng)期微波輻射下對生態(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)能電站的建設對新材料、高效能量轉化器件、超大型航天器結構及控制技術(shù)、在軌組裝維護技術(shù)等都提出了很大挑戰。
我國有望率先建成
由于在重量、尺度方面遠超現有航天設施，空間太陽(yáng)能電站被稱(chēng)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，美國政府和企業(yè)已投入近億美元，實(shí)施了多項研發(fā)計劃；日本將其正式列入國家航天長(cháng)期規劃；俄羅斯、印度、韓國、歐空局等也在開(kāi)展相關(guān)研究。
2008年，我國將空間太陽(yáng)能電站研發(fā)工作納入國家先期研究規劃，近年來(lái)提出了平臺非聚光型、二次對稱(chēng)聚光型、多旋轉關(guān)節以及球型能量收集陣列等方案，同時(shí)在無(wú)線(xiàn)能量傳輸等關(guān)鍵技術(shù)方面取得了重要進(jìn)展。當前，我國在空間太陽(yáng)能電站研究方面初步實(shí)現從“跟跑”到“并跑”，成為國際上推動(dòng)空間太陽(yáng)能電站發(fā)展的重要力量。
中國航天科技集團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(gè)建成有實(shí)用價(jià)值空間太陽(yáng)能電站的國家。
記者了解到，我國首個(gè)空間太陽(yáng)能電站實(shí)驗基地近日在重慶啟動(dòng)建設，計劃在2021年至2025年建設中小規模平流層太陽(yáng)能電站并發(fā)電；2025年后開(kāi)始大規?？臻g太陽(yáng)能電站系統相關(guān)工作。西安將建設空間太陽(yáng)能電站系統項目地面驗證平臺，將用于對空間太陽(yáng)能電站功能與效率的系統驗證。
根據有關(guān)專(zhuān)家組論證建議，我國應力爭在未來(lái)十余年完成空間超高壓發(fā)電輸電及無(wú)線(xiàn)能量傳輸試驗驗證，實(shí)現“2030年開(kāi)始建設兆瓦級空間太陽(yáng)能試驗電站，2050年前具備建設吉瓦級商業(yè)空間太陽(yáng)能電站的能力”的中、遠期目標。（付毅飛）