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太空发电,中国在3.6万公里太空造三峡,或将彻底解决能源问题

头顶上那颗太阳,每秒钟泼向地球的能量,比全人类一年烧掉的煤、油、气加起来还要多得多。可惜的是,等它穿过厚厚的大气、再被云

头顶上那颗太阳,每秒钟泼向地球的能量,比全人类一年烧掉的煤、油、气加起来还要多得多。可惜的是,等它穿过厚厚的大气、再被云层挡一挡、再让黑夜抢走一半,落到光伏板上的,已经所剩无几。

有没有办法绕开这层"过滤网",直接到源头去舀一瓢?

中国给出的答案是:把发电站搬到离地3.6万公里的同步轨道上去,让它一年到头不歇班地把阳光变成电,再用微波"打"回家里——这就是被外界形容为"在太空造三峡"的逐日工程,眼下已经走到了离商用最近的一步。先把最新的消息摆出来。

今年5月,新华社记者从西安电子科技大学拿到一手信息:中国工程院院士段宝岩带领的"逐日工程"研究团队,自主研制了一对多动目标微波无线传能的空间太阳能电站地面验证系统,在百米级距离实现千瓦功率输出。这事的分量,光看数字不够直观。

换个说法——隔着一百米,靠看不见的微波,把一千多瓦的电稳稳送到一架正在飞的无人机肚子上,全程没掉链子。这在全球范围内,是头一份。

为什么非要折腾上天?地面光伏不是越铺越多吗?道理藏在"含金量"三个字里。

地面上受制于地理位置以及天气因素影响,能流密度大概就只有200~300瓦每平方米。但是在空间中,尤其是对于地球同步轨道,能流密度可以达到1360瓦每平方米左右,是解决地面能源危机最有希望的途径之一。

四五倍的差距还只是开胃菜。真正让人眼馋的是,太空里没有黑夜、没有阴雨、没有雾霾,一块电池板挂上去就是7×24小时不间断地干活。

地面上的光伏,一年累死累活也就发个一千多小时的电,搁太空里能拉到八千多小时——同样面积,发电量直接翻七八倍。更关键的是稳定。

三峡水电站再大,也得看长江的脸色;地面光伏再多,太阳一落山立马熄火。可空间太阳能电站发出来的电,几乎不带波动,能直接顶到电网的"基础负荷"那一档,不需要再配一堆昂贵的储能电池。

电是发出来了,怎么运下来才是真功夫。逐日工程走的是微波传能这条路:把直流电先转成微波束,从天上瞄准地面接收站,地面再把微波"翻译"回电流,并入电网。

听着是不是有点像手机的无线充电?西电的副教授钱思浩专门解释过这层差别。

他说,将来空间太阳能电站可能是实现上万公里级的能量传输,所以就原理而言和日常手机无线充电不一样,技术难度也是有天壤之别。一个是隔着几厘米给你充电,一个是隔着几万公里把电"快递"下来,根本不在一个量级。

辐射安全这件事,是很多人心里的疙瘩。其实接收站中心区域的微波功率密度,被设计得比正午阳光直射还低,鸟过、机过都不受影响,主要作用对象是水分子,对人体没有穿透伤害。

换句话说,地面接收站附近种田放羊都没问题。回过头看这次突破真正"新"在哪。

以前的实验都是"一对一"——发射端死死盯着一个不动的接收靶,能量送过去就完事。这回升级成了"一对多",而且是动的。

在一对一模式下,接收天线是静止的,而一旦目标变成动态的多个,便意味着发射天线必须在接收天线运动过程中,能量波束需实时精准指向每一个移动目标。听上去抽象,类比一下就懂:以前是"站桩射箭",现在是"骑马追鸟还得一箭三雕"。

波束要紧紧咬住每一个移动靶子,差几毫秒、偏几度都不行。研发过程中波束打偏、目标丢失是常事,团队一点点磨参数、补算法,才把"准头"练出来。

权威评价也跟上了。今年5月初,陕西省技术转移中心组织的成果评价会上,专家组一致认为,项目成果总体达到国际领先水平。

"国际领先"四个字在科研圈子里不轻易给,能拿到,说明这条路真的走通了。

段宝岩院士还专门打过一个比方,把这套东西说成"太空里的充电桩"——建设空间太阳能电站好比是部署在太空预定轨道的空间微波充电桩,可打破传统卫星对自身太阳能帆板的单一依赖,在浩瀚太空中为卫星筑起"无线充电站"。这一比方背后是真金白银的好处。

现在的卫星都得自带一对大帆板,帆板坏了卫星就废,电池老了寿命就到头。要是天上多几个"加油站",卫星就能轻装上阵,体积小了、寿命长了、造价也下来了。

中国通信、导航、遥感这一大摊子,都能跟着受益。当然,浪漫归浪漫,难处也不能藏着掖着。

要把1万吨级的电站零件运到3.6万公里高的轨道,靠现在的火箭运力远远不够,发射成本得再降一大截。在轨拼装一个面积上百万平方米的"巨无霸",机器人技术还得继续突破。

万公里距离上让波束不发散、不偏移,更是世界级难题。国际上这条赛道也并不冷清。

日本JAXA很早就把空间太阳能电站列入国家计划,美国加州理工的SSPD项目两年多前完成过太空到地面的微波传输验证,欧空局也在推SOLARIS方案。但跑在最前头、并且把"全链路、动目标、千瓦级"三项凑齐的,目前只有中国一家。

把镜头拉远一点看,逐日工程的意义不只是多发几度电那么简单。化石能源迟早要见底,地面光伏受地理和天气掣肘,可控核聚变还在实验室里熬时间——人类要找一条真正"用不完、不污染、稳得住"的能源出路,太空发电几乎是绕不开的选项。

工程的名字也耐人寻味。夸父逐日是小时候连环画里的老故事,那位巨人最后渴死在追日的路上。

几千年后,一群穿白大褂的科学家把神话写成了图纸,把图纸又敲成了西安城里那座七十多米高的钢塔。

等到有一天,从同步轨道上送回的第一束电流真的点亮地面的灯泡,能源这道困扰了人类几百年的老题,或许就翻到了新的一页。