“遠距離無線傳能技術(shù)”是難關(guān)

發(fā)電效率高、持久、清潔，不受季節(jié)、晝夜變化影響，甚至還能作為深空探測能源系統(tǒng)的候選方案，使航天器擺脫巨大的太陽能電池翼......空間太陽能發(fā)電這種“顛覆性技術(shù)”，國內(nèi)十幾年前便已展開討論。

2006年，中國航天科技集團公司組織空間太陽能電站概念研討會；2011年，王希季、閔桂榮、周炳琨、梁思禮和龍樂豪等多位院士專家提出“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”。

2014年，國家層面組織專家開展“太空發(fā)電站發(fā)展規(guī)劃及關(guān)鍵技術(shù)體系”論證工作，并提出中國空間太陽能電站發(fā)展路線圖：

第一階段是在2030年左右建設(shè)兆瓦級空間太陽能試驗電站，實現(xiàn)應(yīng)急供電并開展科學(xué)研究；第二階段是在2050年前具備建設(shè)吉瓦級商業(yè)化空間太陽能電站的能力，滿足國家可持續(xù)發(fā)展對能源安全的戰(zhàn)略需求。其中第一階段，又分三步走。首先進行關(guān)鍵技術(shù)的地面及浮空器試驗驗證；其次是進行高空超高壓發(fā)電輸電驗證；最終進行空間無線傳能試驗。

經(jīng)過十幾年的討論，技術(shù)原理早已不是問題，路線圖也早就提出，為什么現(xiàn)在才開始建設(shè)實驗基地？主要還是因為空間太陽能電站真正建設(shè)起來難度較高，投入成本巨大，因此是否應(yīng)當(dāng)發(fā)展空間太陽能電站在國內(nèi)也存在很大爭議。

空間太陽能電站概念圖

空間太陽能電站的難點之一是無線傳輸能量技術(shù)。

“大功率空地能量傳送？一個失誤就是燒烤現(xiàn)場?！痹芯W(wǎng)友如此評論道。

調(diào)侃歸調(diào)侃。按照設(shè)計構(gòu)想，中國空間太陽能電站將距地面3.6萬公里，位于地球的同步軌道上，屬于高軌道。而大多數(shù)衛(wèi)星、空間站都在近地軌道上，例如國際空間站一般在距地表300多公里的軌道上運行。而空間太陽能電站的高度是空間站的100多倍。在這樣的高度上進行能量傳輸，難度可想而知。

據(jù)《中國新聞周刊》報道，楊士中團隊今年8月曾對外表示，太空電站的關(guān)鍵，在于將電從太空以無線的方式穩(wěn)定地傳輸?shù)降孛骐娋W(wǎng)，因此大功率、遠距離無線傳能技術(shù)的突破是一個必須跨越的難關(guān)，比如傳輸效率是否足夠大，波束是否指向規(guī)定的接收口徑，讓誤差盡可能縮小。這些技術(shù)都要先在浮空平臺上做試驗，為今后真正的空間太陽能電站打下基礎(chǔ)。

目前，空間太陽能電站的遠距離無線能量傳輸載體有微波和激光兩種解決方案。相較而言，微波的能量傳輸效率更高，云層穿透損耗低，安全性較好，且技術(shù)相對成熟，因此現(xiàn)行方案多以微波傳輸為主。

長征八號火箭發(fā)射

空間太陽能電站的難點之二，是如何將電站組件發(fā)射到3.6萬公里高度的地球同步軌道上。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)電站重達上千噸。因此，專家們也將空間太陽能電站稱為航天與能源領(lǐng)域的“曼哈頓工程”。

2019年6月，由國防科技工業(yè)局主管的中國航天基金會發(fā)文指出，中國目前在研的長征9號重型運載火箭起飛推力達5873噸，最大起飛重量4137噸，能將140噸有效載荷送入近地軌道，同時具備50噸級地球同步軌道運力。以空間太陽能電站最小構(gòu)型計算也需要發(fā)射至少140次，而且需要在兩年周期內(nèi)完成在軌組裝，任務(wù)要求在一個月內(nèi)至少發(fā)射六次重型火箭，不論是發(fā)射難度還是發(fā)射成本都無法接受。

中國航天基金會官方微信截圖

不僅如此，還要考慮到空間太陽能電站的在軌組裝難度。目前，空間站由幾個艙段構(gòu)成，組裝時操作太空機械臂就可以實現(xiàn)，接口的控制也不須考慮過多。而太空電站需要組裝大量的模塊，組裝時再采用空間自主交會對接方式將十分麻煩。

長期運行的安全性也是重要問題。首先是設(shè)備在太空中的運行安全問題，其次是微波輻射下對生態(tài)、大氣、生物體等的影響問題。8月17日，《南華早報》援引北京交通大學(xué)一個研究小組去年的一項研究，稱居民無法居住在距離1吉瓦空間太陽能電站地面接收站5公里范圍內(nèi)。

另外，不得不考慮的還有空間太陽能電站的成本問題。中國三峽水電站的總裝機容量是2250萬千瓦，截至2019年完工時，累計完成投資1849億元。而被稱作“太空三峽”的空間太陽能電站，按路線圖2050年前具備吉瓦級（百萬千瓦）發(fā)電能力，被傳總投資約3000億元，但真正投資數(shù)額目前還無法得知。

不過，中國航天基金會發(fā)文稱，長征9號的運載能力有望大幅提升，我國在立項階段就設(shè)定了三種型號，分別為拓展型，增強型和熱核型，其中熱核型為核動力推進裝置，能將運載能力直接翻倍，空間太陽能電站的發(fā)射次數(shù)也減為70次左右，未來再加上火箭回收技術(shù)，其發(fā)射成本將會大幅下降。

在部分科學(xué)家看來，雖然“太空三峽”投入成本巨大，但收益也十分可觀。中科院院士葛昌純撰文稱，空間太陽能電站的發(fā)展將極大地帶動低成本運載、空間大規(guī)模建造等空間前沿技術(shù)的跨越式發(fā)展，為中國進一步和平利用太空、開發(fā)空間資源開辟新的空間，推動航天強國夢早日實現(xiàn)。

空間太陽能電站概念圖