反超美日“逐日工程”为何要在太空建发电站

  “逐日工程”是中国计划在太空中建造太阳能发电站的宏伟项目，旨在通过捕获太阳能并传输回地球，实现大规模、可持续的清洁能源供应。该项目设想在地球同步轨道上部署巨型太阳能发电站，利用太阳能的清洁、可再生和取之不尽的特点，提供稳定、高效的能源供应。

  逐日工程的核心目标是将地球静止同步轨道上的太阳能通过新的工程技术方法有效采集，并传输到地面成为电能供人们使用。与地面太阳能电站相比，太空太阳能发电站可以24小时不间断地工作，发电效率更加高，不受昼夜和气候影响。这不仅有助于减少化石燃料依赖，降低温室气体排放，还能推动全球能源结构的转型。

  目前，太空逐日工程已经取得了重要进展。中国在该领域处于领头羊，其“逐日工程”项目已完成了地面试验系统的建设并成功运行，这一里程碑事件标志着人类向太空能源利用迈出了坚实一步。

  逐日工程的实施涉及多个阶段和技术攻关。西安电子科技大学段宝岩院士团队联合重庆大学杨士中院士团队领衔技术攻关，依托陕西省空间太阳能电站系统重点实验室做研究。早在2022年6月5日，世界首个全链路全系统的空间太阳能电站地面验证系统顺利通过专家组验收，标志着逐日工程取得了重要阶段性成果。

  逐日工程不仅关注能源供应，还考虑了民用方面的应用。例如，利用太空电站可以对岛礁、边远地区、灾区供电，甚至干预台风强度和方向，减少其对沿海地区的不利影响。此外，逐日工程还设想未来空间太阳能电站能成为轨道中的“太空充电桩”，为中小卫星提供能源支持。

  然而，逐日工程也面临诸多挑战。如将能量转换为激光或微波再转换为电能的效率只有不到10%，这会极度影响太空发电的经济效益。

  此外，如果地面站上空的天气情况不理想，剩余能量还可能会被大气层全部吸收，彻底无法利用。

  逐日工程是中国在太空太阳能发电领域的重要探索和实践，具有巨大的潜力和前景。尽管面临技术和经济上的挑战，但其对全球能源结构转型和可持续发展的贡献不容忽视。

  在人类探索宇宙的历程中，太空发电站的概念逐渐浮出水面。为什么我们要在太空建立发电站呢？

  从能源获取的角度来看，太空发电站具有巨大的优势。太空发电站在广泛性和稳定能力具有极大优势，地球上的能源主要来自于太阳能、风能、水能等可再次生产的能源，但这些能源的分布并不均匀，且受到地理环境和天气特征情况的影响。

  相比之下，太空发电站能利用太阳光进行高效发电，不受地理位置和天气特征情况的限制，具有更广泛的能源获取范围。尤其是在地球同步轨道等特定位置，太阳能资源几乎全年稳定，为发电站提供了可靠的能源来源。

  而从发电效率来看，空中的太阳能强度比地面大5-10倍，且不受季节、昼夜和天气变化的影响，因此可提供恒定而没污染的能量。太空中的太阳辐射单位体积内的包含的能量高，约为1353瓦/平方米，是地面平均光照功率的7～12倍。这在某种程度上预示着在太空中建设太阳能电站可以更高效地收集太阳能。

  具体而言，据美国科学家推测，地球上现有的光伏发电技术，只利用了太阳光中很小的一部分能量，因为阳光到达地面之前，会受到空气过滤和散射。按照目前的光伏发电水平，一平方米光伏板产生的电能不超过1千瓦。而如果把同样面积的光伏板放到大气层外，大约能产生14千瓦电能，两者相差14倍之多。

  而从战略看，太空太阳能发电具有独特的战略安全优势，能够在一定程度上帮助维持地球和平，确保长期能源安全。随着人口增长和传统化石燃料资源枯竭，太空太阳能发电的概念能够在一定程度上帮助应对这些挑战。太空电站不仅能为地面提供电力，还能为“可视”范围内的航天器供电，使航天器摆脱巨大的太阳能电池翼，大幅度提升功率水平、控制精度。

  太空发电站首先利用在地球轨道或其他天体上部署的能源搜集装置，如太阳能电池板，将太阳光能转化为电能。太阳能电池板是太空发电站的核心设备，它们通过光伏效应将太阳能直接转化为直流电。

  在发电过程中，产生的直流电会经过系统内部的变流器进行转换，被转化为交流电或根据自身的需求进行其他形式的转换。同时，为了能够更好的保证电能的稳定供应，太空发电站还可能配备储能设备，如电池组或超级电容器，以储存多余的电能并在需要时释放。

  由于太空发电站距离地面较远，传统的电线传输方式并不适用。因此，科学家们提出了一种新型的能量传输技术——无线能量传输。具体来说，太空发电站会将发电产生的电能转化为微波或激光等无线能量形式，并通过特殊的发射装置将这些无线能量传输到地面。

  以微波传输为例，其本身是一种频率极高的电磁波，其能量可以在空间中高效传输。太空发电站通过微波束将电能传输回地球，这些微波束穿过大气层，将能量传送至地面上的接收站。微波传输具有能量损失小、传输效率高的特点。在良好的气象条件下，微波传输的效率可达到98%左右。

  而激光传输则具有高方向性、高亮度和高能量密度的特点，因此也被用于太空发电站的无线能量传输。通过精确的瞄准和光束控制，激光束可以将电能高效地传输到地面接收站。不过激光传输需要高精度的瞄准和光束控制技术，同时还需要仔细考虑大气层对激光束的衰减和散射等影响因素。

  地面接收站接收到来自太空发电站的无线能量后，会进行接收和转换处理。对于微波传输，接收站会利用天线阵列捕获微波束，并通过整流器等设备将微波能量重新转换为电能。对于激光传输，接收站会利用光电探测器等设备将激光束转换为电能。

  这里能够准确的看出，我国全链路全系统的空间太阳能电站地面验证系统顺利通过专家组验收有多重要了。

  经过地面接收和转换后的电能，可以被直接用于供电或进一步分配给各种用电设施。太空发电站提供的电能具有清洁、高效、稳定的特点，能够完全满足人类对电力的一直增长需求，同时减少对化石燃料的依赖和温室气体的排放。

  太空电站利用无线能量传输技术，能够迅速将能量聚焦传输到偏远的环境，比如海上、沙漠中等缺乏电网设施的地区。这种能力使得太空电站能够为偏远地区提供电力，解决电网覆盖不足的问题。

  其中美国在太空发电站领域的探索较早，最早可追溯至1968年，由科学家彼得·格拉赛提出了相关方案。

  尽管美国早期有所研究，但进展相对缓慢。直到近年来，美国宇航局（NASA）才重启了天基太阳能（即太空太阳能电站）的研究。据美国宇航局发布的消息，美国海军研究实验室还曾在太空中测试了一套太阳能模块和电力转换系统，为建造太空太阳能电站迈出了关键一步。

  根据NASA的相关消息，X-37B将为美国空军学院部署小型FalconSAT-8卫星。该卫星携带了八个实验项目，这中间还包括为海军研究实验室做的一项研究无线电力传输的实验。该实验内容是通过卫星的太阳能板产生电力，并将其作为微波辐射传输到地面。

  日本对太空发电站的研究同样起步较早，从20世纪80年代起就开始了对关键技术的广泛研究。

  日本不仅提出了多种太空发电站系统概念，还完成了多个重要技术实验，如“电离层无线能量传输”火箭试验和空间机器人帕兴网状天线试验。这些成就使日本在该领域成为全世界领先国家之一。

  目前，日本已将太空太阳能发电列入国家发展计划，并提出了2050年前建设商业太空太阳能电站的发展路线图。计划在地球的静止轨道上，距离地球约3.6万公里处，建造一个发电量为10亿千瓦的太空发电站。

  欧洲航天局从1998年起就开展了太空太阳能电站研究工作，并提出了“太阳帆塔”的概念设计。受俄乌冲突引发的欧洲能源危机影响，该计划的落实得到了进一步加快。

  此外，还有俄罗斯、韩国等国家也在积极探索太空发电站技术。总的来说，太空发电站作为未来能源领域的重要方向之一，正受到世界各国的广泛关注和研究。

  我国的太空发电计划始于2013年底，多位院士联名提起的《关于尽早启动我国太空发电站关键技术探讨研究的建议》获得批复，中国空间太阳能电站正式立项。2017年，我国成立空间太阳能电站推进委员会，2018年12月23日，我国成功举办“空间太阳能电站系统项目”启动仪式暨高峰论坛，最终把这一个项目命名为“逐日工程”。

  2022年6月，“逐日工程”由设想逐步变为现实，重庆璧山地区开建间太阳能发电站，成为该工程的首个空实验基地，初步预计在2069年，实现太空与地面之间的电力传输。到那时，中国人就能用上来自太空的电力。

  本文转载自“壹零社”，原标题《反超美日，“逐日工程”为何要在太空建发电站》。

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