中国要建空间太阳能电站，有哪些难点？

【文/观察者网 吕栋 编辑/周远方】

鉴于电磁感应式的无线充电已无法勾起消费者好奇心，年初有手机厂商推出所谓“隔空充电”技术，通过空间定位和隔空能量传输，可实现数米半径内单设备5瓦“远距离充电”，并称之为划时代的“硬核科技”。

某硬件厂商的隔空充电技术

如果在数米范围内给手机进行“隔空充电”，被称之为“硬核科技”。那毫无疑问，在距离地面3.6万公里高度的地球同步轨道上，给高速公路上的电动汽车充电，只能被称为“科幻”了。

空间太阳能电站概念图

考虑到在太空中利用太阳能发电，效率高、持久、清洁，不受季节、昼夜变化影响，甚至还能作为深空探测能源系统的候选方案，中国部分科学家正在努力推动将这种科幻片中的情节变为现实。

今年6月，全国首个空间太阳能电站实验基地在“雾都”重庆开工建设，计划未来先在平流层建立起一个太阳能电站，试验收集太阳能并通过无线能量传输方式向地面提供持续电力的发电系统，该基地预计年底建成，明年开始相关实验。

与此同时，西安也在开展空间太阳能发电相关试验，当地正在建设全球首个空间太阳能电站地面验证中心，其团队带头人段宝岩此前曾负责500米口径球面射电望远镜（FAST）的总体设计。

尽管空间太阳能电站的设想最早由美国提出，但目前只有中国正在建设基地进行地面验证，而且重庆和西安两个基地也是在经过十几年的研讨和论证后才真正开工，凸显出空间太阳能电站的建设难度。

观察者网梳理发现，要真正建成被称为“太空三峡”的空间太阳能电站，目前还有诸多难题待解。

首先，大功率、远距离无线传能技术是必须跨越的难关，而且波束要指向规定的接收口径，让误差尽可能缩小；其次，比空间站重的多的电站组件，要被发射到3.6万公里高度的地球同步轨道上，并且完成在轨组装；第三；重型火箭密集发射将带来巨大的成本问题；第四，电站在太空中长期运行的安全问题，以及向地面传输辐射对生态、生物体会造成多大影响；此外，电站建设对新材料、高效能量转化器件、超大型航天器结构及控制技术等都提出挑战。

不过，虽然困难重重，但支持建设电站的科学家仍保持乐观。今年5月，中科院院士葛昌纯撰文指出，可控核聚变目前仍处于基础科学研究有待突破的阶段，而空间太阳能电站不存在基础科学问题，虽然工程规模巨大，但相关技术经过持续研发是能够在一定时间内取得重要突破的。空间太阳能电站的发展将极大地带动低成本运载、空间大规模建造等空间前沿技术的跨越式发展。

空间太阳能电站概念图 图片来源：《中国科学报》

“雾都”中的空间太阳能电站实验基地

自1969年世界上第一座太阳能发电站在法国建成，人类掌握太阳能发电技术已超过60年。但目前太阳能在地面的利用效率并不高，因为太阳辐射在穿越大气层时，可能遭遇云、雾、雨、雪等各种天气，能量密度波动较大，很不稳定。

例如，位于中国西南部的直辖市——重庆，受地理环境影响，年平均雾日为104天，素有“雾都”之称。而位于重庆西部的璧山区云雾山全年雾日多达204天，堪称“世界之最”。

在这样的地方进行太阳能发电，显然不是明智之举。

但很快，重庆将拥有一项关于“太阳能革命性技术”的实验设施。6月20日，重庆市政府网站发布消息称，全国首个空间太阳能电站实验基地在璧山区正式开工建设（下称：璧山基地），该基地将重点进行空间太阳能发电站、无线微波传能以及空间信息网等技术的前期演示模拟与验证等。

据重庆经信委介绍，璧山基地选址于璧山区福禄镇和平村，地形三面环山，所在地区具有气候湿润、无霜期长、日照多、云雾阴雨少等特点，可以保障实验顺利进行。

重庆市政府网站截图

空间太阳能电站的技术原理并不复杂，就是在地球轨道上建立一个电站收集太阳能，并通过无线能量传输方式向地面提供持续电力的发电系统。这种发电方式不受昼夜、天气、地区纬度等自然因素影响，其电能通过无线方式传输，延伸的无线输能、无线通信等相关技术还可广泛应用于军事和民用领域。

开工两个月后，重庆璧山基地传出新消息。8月16日，中科院主管的《中国科学报》报道称，璧山基地预计年底完工，明年正式开始相关试验。该基地的技术负责人名叫杨士中，他同时是中国工程院院士、重庆大学通信与测控研究所所长。

对于建设空间太阳能发电站的好处，杨士中如数家珍。他曾向外界列举数据称，在日照充足的中国西北地区，一平方米的光伏电池可产生0.4千瓦电力，在“雾都”重庆，仅为0.1千瓦。而在距离地球表面约3.6万公里高度的地球同步轨道上，发电功率可高达10千瓦-14千瓦。

与此同时，在重庆700公里之外的西安，中国工程院院士、西安电子科技大学教授段宝岩团队也在开展空间太阳能发电相关试验，他们正在建设全球首个空间太阳能电站地面验证中心。段宝岩被外界视为中国天线方面的顶尖专家，此前曾负责500米口径球面射电望远镜（FAST）的总体设计。

位于璧山高新区的无线能量传输及环境影响科学工程项目效果图 璧山高新区供图

实验基地能够开工，肯定在科学界获得了支持。

今年5月11日，中国粉末冶金奠基人之一、中科院院士葛昌纯撰文指出，中国可再生能源开发规模居世界首位，但由于可再生能源的不稳定性，实际发电量占比仅为23.6%。在大规模储能技术取得重大突破之前，仅依靠地面可再生能源取代传统化石能源，提供持续稳定的能源供给还不现实。

他认为，太阳光在太空中不会被大气减弱，也不受季节、昼夜变化影响，可以通过无线能量传输方式向地面提供连续、稳定的清洁能源。而在太空建设太阳能电站是实现太阳能大规模稳定利用的重要方式，也将成为解决未来能源和环境问题的主要战略选择之一。

今年3月，全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩指出，空间太阳能电站发展的核心应用目标，是为地面提供大规模商业化的电力供给。如果中国建成空间太阳能电站，电动汽车或能随时随地充电，不再有“断粮”之忧。

而中国航天科技集团五院研究员王立认为，与化石能源相比，空间太阳能是一种高效、持久、清洁的能源。在宇宙运行的空间太阳能电站可以大规模收集、转化太阳能，并以无线方式将电能稳定传输到地面电网，发电量与地面核电站相当。

中科院官网截图