【文/觀察者網(wǎng)專(zhuān)欄作者 心智觀察所】

在全球能源短缺和環(huán)保壓力日益增加的背景下，中國(guó)科學(xué)家提出了一種突破性的空間太陽(yáng)能電站設(shè)計(jì)方案，有望成為人類(lèi)未來(lái)重要的能源來(lái)源。

心智觀察所注意到，沈陽(yáng)航空航天大學(xué)楊靖宇研究團(tuán)隊(duì)日前在學(xué)術(shù)期刊《中國(guó)空間科學(xué)技術(shù)》上披露了其最新研究成果。這項(xiàng)被命名為"SSPS-CMCA"（圓柱形模塊化空間太陽(yáng)能電站）的設(shè)計(jì)，通過(guò)全面分析現(xiàn)有太陽(yáng)能電站技術(shù)，整合各國(guó)方案優(yōu)點(diǎn)，提出了一種高可行性、高擴(kuò)展性的工程解決方案。

空間太陽(yáng)能電站（SSPS）概念最早由美國(guó)科學(xué)家Peter Glaser博士提出，它通過(guò)在太空中收集太陽(yáng)能，轉(zhuǎn)化為電能后以微波形式傳輸至地面，可以24小時(shí)不間斷地為地球提供清潔能源。

然而半個(gè)多世紀(jì)過(guò)去了，這一宏偉設(shè)想仍停留在概念階段。研究人員發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的大多數(shù)SSPS設(shè)計(jì)方案雖然在理論上可行，但缺乏全面性考慮，并且由于體積重量巨大，在實(shí)際工程中難以實(shí)現(xiàn)。

沈陽(yáng)航空航天大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)美國(guó)、日本、歐洲和中國(guó)現(xiàn)有的SSPS方案進(jìn)行全面評(píng)估，分析了各方案在外形配置、聚光性、姿態(tài)控制、振動(dòng)控制等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)上的可行性。

經(jīng)過(guò)分析，最終確定了結(jié)合所有優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)的最佳方案組合，研究團(tuán)隊(duì)表示，該組合"幾乎結(jié)合了現(xiàn)有所有方案的優(yōu)點(diǎn)，且在技術(shù)上不需要跨時(shí)代的突破。"

SSPS-CMCA方案最大的特點(diǎn)是采用了模塊化設(shè)計(jì)，將大型系統(tǒng)拆解為多個(gè)可獨(dú)立運(yùn)行的發(fā)電子衛(wèi)星、微波傳輸子衛(wèi)星系統(tǒng)。這種設(shè)計(jì)大幅降低了建造難度，同時(shí)提高了系統(tǒng)的可靠性和可維修性。

傳統(tǒng)SSPS方案面臨的最大挑戰(zhàn)之一是姿態(tài)控制問(wèn)題。太陽(yáng)能電池板需要對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)以收集能量，而微波傳輸天線則需要對(duì)準(zhǔn)地球。這兩個(gè)方向通常不一致，導(dǎo)致衛(wèi)星需要頻繁調(diào)整姿態(tài)。

SSPS-CMCA方案通過(guò)創(chuàng)新性地采用圓柱形聚光設(shè)計(jì)，巧妙地解決了這一問(wèn)題。研究人員在系統(tǒng)外側(cè)布置了環(huán)形超表面材料陣列，這種特殊材料能將任意角度入射的太陽(yáng)光轉(zhuǎn)向垂直于表面的方向，使光線匯聚到內(nèi)圈的光伏發(fā)電板上。

這種設(shè)計(jì)徹底消除了對(duì)日定向控制的需求，同時(shí)，用于傳輸電能的相控天線陣列可以通過(guò)軟件進(jìn)行角度控制，從而實(shí)現(xiàn)極快的角度切換和對(duì)地定向，并減少了對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)控制的需求。

在熱控方面，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于全譜選擇性薄膜的光子冷卻器，可以有效抑制太陽(yáng)能電池陣的溫度上升，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

與以往的概念性研究不同，SSPS-CMCA方案提供了從地面實(shí)驗(yàn)到太空建設(shè)的全流程工程實(shí)施方案。

研究人員設(shè)計(jì)了三階段發(fā)展路線：首先進(jìn)行地面技術(shù)驗(yàn)證，建造尺寸較小的原型系統(tǒng)；其次在低地球軌道部署小功率實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星；最后在地球同步軌道建造大功率SSPS系統(tǒng)。

"模塊化的設(shè)計(jì)極大地降低了工程實(shí)施和測(cè)試的難度，"研究團(tuán)隊(duì)指出，"測(cè)試時(shí)僅需制造兩個(gè)發(fā)電子衛(wèi)星和一個(gè)微波傳能子衛(wèi)星，即可完成所有的地面實(shí)驗(yàn)。"

SSPS-CMCA的價(jià)值不僅限于能源領(lǐng)域。研究人員指出，其模塊化設(shè)計(jì)使其具有極佳的擴(kuò)展性，可以發(fā)展為下一代國(guó)際空間站、太空補(bǔ)給站或空間科研平臺(tái)。