12月6日上午，重慶市璧山區(qū)舉行空間太陽能電站技術(shù)暨第三屆重慶軍民深度融合產(chǎn)業(yè)發(fā)展交流會(huì)，重慶市璧山區(qū)人民政府、重慶大學(xué)、中國(guó)空間技術(shù)研究院西安分院、西安電子科技大學(xué)聯(lián)合簽署合作協(xié)議，在重慶市璧山正式啟動(dòng)建設(shè)空間太陽能電站實(shí)驗(yàn)基地項(xiàng)目。

此次發(fā)展交流會(huì)由重慶市璧山區(qū)人民政府、重慶大學(xué)、錢學(xué)森空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合主辦。中國(guó)科院院士包為民、中國(guó)工程院院士段寶巖、楊士中出席會(huì)議。

據(jù)悉，空間太陽能電站構(gòu)想最早由美國(guó)科學(xué)家格拉澤于1968年提出，即在地球軌道上建立太陽能電站，并通過無線傳輸方式持續(xù)向地面提供電力的發(fā)電系統(tǒng)。與地面太陽能電站相比，空間太陽能電站不受晝夜、天氣等自然因素影響，對(duì)太陽能的利用率也更高。

據(jù)了解到，璧山空間太陽能電站實(shí)驗(yàn)基地項(xiàng)目選址三面環(huán)山的璧山區(qū)福祿鎮(zhèn)和平村，總占地面積約200畝，先期投資1億元。其核心試驗(yàn)區(qū)建有升空試驗(yàn)場(chǎng)地、氣球平臺(tái)調(diào)試大廳、辦公室、實(shí)驗(yàn)樓、車庫、鐵塔等設(shè)施。外圍隔離區(qū)也將用于種植太空育種植物，開展太空農(nóng)業(yè)推廣和科學(xué)普及教育等。

璧山空間太陽能電站實(shí)驗(yàn)基地項(xiàng)目鳥瞰圖

目前，該實(shí)驗(yàn)基地已完成一套高空系留錨定氦氣浮空平臺(tái)（系留氣球平臺(tái)）的研制，可實(shí)現(xiàn)空間太陽能發(fā)電站、無線微波傳能以及空間信息網(wǎng)等技術(shù)的前期演示模擬與驗(yàn)證。

“空間太陽能電站是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，從地面到真正的太空，需經(jīng)過大量基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)來解決諸如光電轉(zhuǎn)換、無線傳輸、運(yùn)載工程等科研項(xiàng)目……”中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)航天科技集團(tuán)科技委主任包為民介紹到?？臻g太陽能電站需要研究實(shí)驗(yàn)的范圍包含光電轉(zhuǎn)換、無線傳輸?shù)燃夹g(shù)本身，也涉及到運(yùn)載工程、環(huán)境影響等諸多領(lǐng)域，還將充分利用太空3D打印等創(chuàng)新型技術(shù)開展研究。

據(jù)中國(guó)工程院院士、重慶大學(xué)教授楊士中介紹，每平方米太陽能電池在我國(guó)西北地區(qū)的最高發(fā)電功率約0.4千瓦，在平流層的發(fā)電功率達(dá)7千瓦-8千瓦，而在距離地球表面約3.6萬公里的地球同步軌道上，發(fā)電功率可達(dá)10千瓦-14千瓦。

據(jù)介紹，空間太陽能電站是解決能源危機(jī)的有效方式，其利用空間豐富的太陽能資源，從根本上解決人類對(duì)清潔能源和環(huán)境保護(hù)的需求，國(guó)際上將其稱為能源領(lǐng)域的“曼哈頓”工程。其無線輸能、無線通信等技術(shù)可廣泛應(yīng)用于特種和民用領(lǐng)域，是典型的國(guó)家軍民融合項(xiàng)目。

中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)航天科技集團(tuán)科技委主任包為民說，目前中國(guó)、美國(guó)、日本等都提出了空間太陽能電站發(fā)展計(jì)劃，但都處于基礎(chǔ)研究階段?？臻g太陽能電站需要解決三個(gè)關(guān)鍵問題：一是如何通過大型運(yùn)載火箭將發(fā)電設(shè)備運(yùn)送至地球同步軌道并組裝發(fā)電，二是如何將電能傳輸?shù)降孛?，三是如何保障設(shè)備運(yùn)行安全和環(huán)境安全?！澳壳斑@三個(gè)問題都還處在基礎(chǔ)性探索中。”他說。

據(jù)重慶軍民融合協(xié)同創(chuàng)新研究院副院長(zhǎng)謝更新介紹，此次在璧山啟動(dòng)建設(shè)的空間太陽能電站實(shí)驗(yàn)基地將以空間能源技術(shù)發(fā)展前沿為引導(dǎo)，開展大功率遠(yuǎn)距離無線能量傳輸與環(huán)境安全問題的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究，推動(dòng)國(guó)家大科學(xué)工程落戶重慶，助力重慶科學(xué)城建設(shè)，打造以該基地為中心的新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)聚集區(qū)。

據(jù)悉，2019-2020年為實(shí)驗(yàn)基地建設(shè)期，將投資2億元建設(shè)升空試驗(yàn)場(chǎng)地、氣球平臺(tái)調(diào)試大廳、實(shí)驗(yàn)樓、鐵塔等設(shè)施，并通過高度50-300米的浮空平臺(tái)開展微波傳能實(shí)驗(yàn)；2021-2025年將建設(shè)中小規(guī)模平流層太陽能電站并實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電；2025年后開始大規(guī)?？臻g太陽能電站系統(tǒng)相關(guān)工作。

此外，會(huì)議還邀請(qǐng)到中國(guó)特種科學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)空間技術(shù)研究院、中國(guó)電子科技集團(tuán)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、重慶大學(xué)等單位的專家，就我國(guó)空間太陽能電站研究進(jìn)展、微波無線能量傳輸、電磁生物學(xué)效應(yīng)及應(yīng)用等進(jìn)行了學(xué)術(shù)交流。

專家對(duì)空間太陽能電站看法

包為民：用太空3D打印技術(shù)在外太空建電站

人物簡(jiǎn)介：包為民，中國(guó)科學(xué)院院士，中國(guó)航天科技集團(tuán)科技委主任。特種與控制專家，中國(guó)航天運(yùn)載器總體及控制系統(tǒng)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)帶頭人，特種科技工業(yè)有突出貢獻(xiàn)中青年專家。

地面也能用太陽能發(fā)電，為什么要把電站建到太空去？如何在太空修建幾個(gè)足球場(chǎng)面積大的電站？發(fā)好的電又如何傳輸回地球使用？璧山的實(shí)驗(yàn)基地又將完成什么樣的任務(wù)？面對(duì)這一系列問題，包為民接受本報(bào)記者專訪，逐一揭開這個(gè)“科幻巨制”背后的秘密。

為何要去太空建電站？太陽能豐富！

為什么要把電站建到距地球36000公里的外太空去？

“我舉個(gè)例子，在地面，哪怕是光照很好的西北地區(qū)，我們建一個(gè)太陽能電站，在中午太陽直射的時(shí)候，一般每平方米只能產(chǎn)生0.4千瓦的電力，如果是在光照不好的重慶，恐怕只有0.1千瓦，但在太空里，這個(gè)數(shù)字將擴(kuò)大幾十倍，也就是說，每平方米最少能達(dá)到8、9千瓦?！?/p>

因此，要最好地利用太陽能，走進(jìn)太空是最佳選擇。

為何會(huì)有如此之大的差別？包為民笑著指指頭頂?shù)奶炜?，“?duì)流層，也就是人們口中的大氣層，就是它，讓大量的太陽能被隔絕在了地球之外?！?/p>

電站如何建？太空3D打印技術(shù)！

作為中國(guó)航天運(yùn)載器總體及控制系統(tǒng)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)帶頭人，如何在外太空建電站，無疑是包為民考慮得最多的問題。

“為了更好地將電力傳輸回地球，我們將電站最后所在的位置，定在了距地球36000公里外的同步軌道之上。這樣，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸才能更加穩(wěn)定的進(jìn)行。”

36000公里外的太空，完全的失重狀態(tài)下，怎么才能建起幾個(gè)足球場(chǎng)一般大小的電站呢？

太空制造，包為民提出了一個(gè)新詞匯。這個(gè)太空制造不僅包括太空組裝技術(shù)，還包括非常重要的太空3D打印技術(shù)。

“太空3D打印所需要的材料非常輕，完全可以用火箭送往太空完成，這樣，在太空建設(shè)電站，才能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)?！?/p>

電怎么送回地球？通過微波傳輸！

位于36000公里的太空太陽能電站發(fā)好了電，又如何送回地球呢？

對(duì)此，包為民表示，這一技術(shù)方案已經(jīng)初步得到確定——微波傳輸。

而在重慶璧山所設(shè)立的實(shí)驗(yàn)基地，就是為了微波傳輸?shù)那捌谘菔灸M和驗(yàn)證。

璧山的實(shí)驗(yàn)基地選擇在一個(gè)山凹中建設(shè)，在周圍的山頂上，科學(xué)家們將搭建起4座鐵塔，用鋼索將發(fā)送升空的特種氣球和地面連接，進(jìn)行微波傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)。

“現(xiàn)在特種氣球已經(jīng)買回來了，只待基地建成就可以開始一系列的實(shí)驗(yàn)工作。”

楊士中：用特種飛艇氣球先在平流層做前期試驗(yàn)

人物簡(jiǎn)介：楊士中，中國(guó)工程院院士，國(guó)家“211工程”運(yùn)載器測(cè)控及遙感信息傳輸技術(shù)重點(diǎn)學(xué)科和國(guó)家“985工程”科技創(chuàng)新平臺(tái)測(cè)控及遙感信息傳輸研究院首席科學(xué)家。

根據(jù)我國(guó)有關(guān)專家組論證建議，我國(guó)力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)“2030年開始建設(shè)兆瓦級(jí)空間太陽能試驗(yàn)電站，2050年前具備建設(shè)吉瓦級(jí)商業(yè)空間太陽能電站的能力”的中、遠(yuǎn)期目標(biāo)。

“幾十年后的東西，如何讓現(xiàn)在的人們明白我們?cè)谧鍪裁?？科研是用的納稅人的錢，我們得有個(gè)交待，所以我們提出了一個(gè)短期設(shè)想。”

這個(gè)方法是什么？“學(xué)曹操將小船捆在一起建船陣，我們可以將特種飛艇或者氣球捆在一起組陣托起太陽能面板，進(jìn)行一系列的前期實(shí)驗(yàn)，甚至用它們?cè)谄搅鲗又?，先建立起一個(gè)簡(jiǎn)單的太陽能電站?！?/p>

作為運(yùn)載器測(cè)控及遙感信息傳輸技術(shù)的專家，楊士中將成為璧山實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)工作的主要承擔(dān)者。

特種飛艇氣球組陣怎么完成？昨天，楊士中揭開了謎底。

高空實(shí)驗(yàn)怎么做？用特種飛艇氣球！

“我已經(jīng)從湖北買回三個(gè)直徑8米的特種氣球，準(zhǔn)備在璧山進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?！睏钍恐姓f。

要在太空建電站，大面積的太陽能面板肯定是最重要的部件之一，飄飄忽忽的氣球看起來好像根本不能完成這樣的任務(wù)。

對(duì)此，楊士中說，對(duì)，一個(gè)不行，幾個(gè)呢？

在楊士中計(jì)劃中，三個(gè)特種氣球就可以開始前期的演示模擬和驗(yàn)證工作。

方法是什么？“學(xué)曹操啊，他當(dāng)年建不起特種母艦，可他卻把所有的小船用鐵索連在了一起，士兵們可以在上面進(jìn)行操練。我們就把氣球和飛艇連在一起，用它們托起太陽能面板?！?/p>

楊士中說，初期投入實(shí)驗(yàn)的只有幾個(gè)氣球，但到后期，完全可以購(gòu)買更多的氣球來實(shí)現(xiàn)空間太陽能發(fā)電。

“目前的特種氣球和飛艇已經(jīng)可以到達(dá)數(shù)十公里的高空之中，在那里，每平米就已經(jīng)可以產(chǎn)生8、9千瓦的電力，已經(jīng)超過地球的數(shù)十倍了。”

實(shí)驗(yàn)解決何問題？突破微波傳輸距離

選在日照并不是太好的重慶設(shè)立實(shí)驗(yàn)基地，難道不怕太陽能面板曬不到太陽？

面對(duì)這個(gè)問題，楊士中笑了，“重慶和臨近的貴陽一樣，都是‘貴陽’，到了冬天，陽光總是很稀少的。但是，實(shí)驗(yàn)都是在云層之外去完成。穿過云層之后，哪里都是陽光明媚，重慶也一樣?！?/p>

按照楊士中的規(guī)劃，第一步，他們將把氣球放到300米的高空中，下一步，氣球?qū)⑦M(jìn)入兩公里高的空中進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后，科學(xué)家們才會(huì)將氣球放入平流層中，去實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽能的更多利用。

“我們的主要目的，就是實(shí)現(xiàn)空間太陽能電站中最關(guān)鍵一步的突破——微波傳輸。目前，日本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了50米的微波傳輸，但這遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到空間太陽能電站的要求，我們希望能在璧山，在這個(gè)傳輸距離上有所突破?！?/p>

段寶巖：用球形聚光方式讓太陽能利用率更高

人物簡(jiǎn)介：段寶巖，中國(guó)工程院院士，973項(xiàng)目首席科學(xué)家，總裝備部衛(wèi)星有效載荷專家組成員。主持了國(guó)家科教領(lǐng)導(dǎo)小組審議批準(zhǔn)的國(guó)家九大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一——500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡的總體設(shè)計(jì)。

要在空間太陽能電站領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)世界同步乃至世界領(lǐng)先，其技術(shù)勢(shì)必是“中國(guó)造”。而作為國(guó)家九大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一——500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡的總體設(shè)計(jì)者，中國(guó)工程院院士段寶巖，已經(jīng)將光電轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)現(xiàn)世界領(lǐng)先。

“屆時(shí)的太陽能面板，將不再是一塊平板了，而是一個(gè)球體。”段寶巖說，用球形聚光的方式可以避免系統(tǒng)在軌道上的大慣量、大范圍旋轉(zhuǎn)，同時(shí)聚光帶來了太陽能光伏電池面積的減小，單位接收的光會(huì)更多，利用效率也將更高。

1968年格拉塞博士提出了空間太陽能發(fā)電站方案，這一設(shè)想是建立在一個(gè)極其巨大的太陽能電池陣的基礎(chǔ)上，由它來聚集大量的陽光，利用光電轉(zhuǎn)換原理達(dá)到發(fā)電的目的。所產(chǎn)生的電能將以微波形式傳輸?shù)降厍蛏?，然后通過天線接收經(jīng)整流轉(zhuǎn)變成電能，送入全國(guó)供電網(wǎng)。

段寶巖說，但由于難度大，效率低、成本高等問題難以解決，因而遲遲未實(shí)施。而在此領(lǐng)域，我們國(guó)家正在從追趕向著超越的方向發(fā)展。

在段寶巖院士的帶領(lǐng)下，西安電子科技大學(xué)機(jī)電科技研究所（以下簡(jiǎn)稱機(jī)電所）暨電子裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)期以來對(duì)空間太陽能電站設(shè)計(jì)方案和相關(guān)理論技術(shù)進(jìn)行了深入而系統(tǒng)的研究。

在針對(duì)國(guó)內(nèi)外提出的多個(gè)空間太陽能電站方案系統(tǒng)分析與論證的基礎(chǔ)上，于2014年9月提出了一種高效、穩(wěn)定、易控的空間太陽能電站創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案---OMEGA（Orb-shapeMembraneEnergyGatheringArray）。

國(guó)家對(duì)此高度關(guān)注，專門組織專家予以論證，并列入國(guó)家特種科工局“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持項(xiàng)目中。

段寶巖說，2014年9月SSPS-OMEGA方案提出以來，團(tuán)隊(duì)針對(duì)方案涉及到的多個(gè)科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)展開了攻關(guān)，已取得可喜進(jìn)展，目前，新方案已經(jīng)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。