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美国半途而废,中国抢先建设!太空“三峡”工程或将改变世界格局
日期:2023-07-25   [复制链接]
责任编辑:sy_huamengqi 打印收藏评论(0)[订阅到邮箱]
我国著名科幻小说作家刘慈欣,曾经写过一本叫做《人造太阳》的中篇小说,里面就构想了一种运用巨大的太阳能电池板遮蔽太阳,一方面采集阳光发电,另一方面通过调整对地面的日照来调节地球上的水土气温,帮助人类社会更加顺畅的运转,甚至还衍生出了专门去太空电池板上做清洁这样的工作。

这个概念看似天马行空,但是其实太空太阳能电站(SSPS)的概念已经存在了几十年,科学家和研究人员一直在探索,如何利用太空中丰富的太阳能,来满足地球上日益增长的电力需求。

逐日工程:美国放弃了,我国开始了

“逐日工程”,中文全称为“空间太阳能电站系统项目”。因为这个项目是为了获取巨大的太阳能,从而转化为电能,所以也被人们称为“太空三峡” 工程。

2014年,我国工信部、发改委、科技部、总装备部等16个部委、120多名专家参与论证,提出了我国发展空间太阳能电站的发展规划与路线图。经项目负责人西电段宝岩院士提议,项目命名为“逐日工程”,取“夸父逐日”之意。为何美国都放弃了,我国反而觉得可行呢?其实这离不开最近我国的航天发展成果。逐日工程有三大难点:太空电站的建立、太阳能收集以及地面能源接收。

其中美国就倒在第一步:太空电站的建立。以美国人的估算,一个太空发电站的质量至少10万吨,这需要强大的运载能力。美国此前打算使用航天飞机,而他们的航天飞机大多数是一次性的,也就是说用完就得造新的。而且航天飞机的载重量也有限,每次最多可将29.5吨有效载荷运上近地轨道,10万吨得运多少次?所以他们很快就放弃了。

然而这对中国来说却不是什么大问题。这些年来我国航天技术不断进步,已经掌握长征重型火箭技术,现在又有了组装天宫空间站的经验,建设太空电站也不是问题。

第二步就是太阳能的收集问题。与地面不同,太空中太阳辐射会异常强烈,在地球上使用的太阳能板将不再适用。但这一点实际上也随着空间站的建立解决了。我国在天和核心舱使用的太阳电池翼,其实就是担当了空间站“太空电站”的作用。这种电池翼体积小、展开面积大、功率质量比高,完全可以应用在逐日工程上。

至于地面能源接收,反而可能是最困难的问题。由于太空距离地球太远,不可能用传统的接收方式。这就得将电能转换为其他能量方式,如微波通过发射器发回地球,由地面接收器负责接收。这一点也在去年被解决,段宝岩院士的研究团队在2022年6月5日传来消息: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。

这意味着最后的接收问题也被解决。它突破并验证了高效率聚光与光电转换、微波转换、微波发射等多项关键技术,逐日工程即将取得成功!据相关报社消息,我国将在2028年建成首个太空太阳能发电站,并在2035年实现部分用户的使用。我们的太空“三峡”即将来临。

“逐日工程”取得重磅成果,水平领先国际


2022年6月,由西安电子科技大学段宝岩院士带领的“逐日工程”研究团队搭建的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,比原定的技术路线节点提前了近三年。这一验证系统突破并验证了高效率聚光与光电转换、微波转换、微波发射与波形优化、微波波束指向测量与控制、微波接收与整流、灵巧机械结构设计等多项关键技术。

2013年底,随着一份题为《关于尽早启动我国太空发电站关键技术研究的建议》的院士联名建议案获得批复,中国空间太阳能电站研究开始步入发展快车道。2014年,工信部、发改委、科技部等16个部委组织了来自国内的130余位专家开展了近一年的论证工作,论证组最终完成了《中国太空发电站发展规划及关键技术体系规划论证报告》,为我国开展太空发电站关键技术攻关决策提供了重要指引。

与此同时,西安电子科技大学段宝岩院士团队提出了欧米伽(OMEGA)空间太阳能电站设计方案。这一设计方案与美国的阿尔法(ALPHA)设计方案相比,具备三个优势:控制难度下降,散热压力减轻,功质比(天上系统的单位质量所产生的电)提高约24%。

2017年,国家成立空间太阳能电站推进委员会。一年后,我国首个空间太阳能电站领域的省部级重点实验室“陕西省空间太阳能电站系统重点实验室”在西电挂牌。2018年12月,在“空间太阳能电站系统项目”启动仪式暨高峰论坛上,西电空间太阳能电站研究项目被命名为“逐日工程”。在顺利完成了理论研究计算、室内传能验证之后,段宝岩研究团队拉开了“逐日工程”空间太阳能电站的户外地面验证挑战序幕。

“逐日工程”空间太阳能电站地面验证系统在段宝岩院士示范带动下,经过项目组几十上百名师生精诚协作,一点一滴搭建起来。在经过了深入、细致的现场考察、咨询交流等环节后,以吴一戎院士为组长、包括另外三位院士在内的九位专家组成的评价组一致认为:该项目成果总体处于国际先进水平,其中欧米伽光机电集成设计、55米传输距离的微波功率无线传输效率、微波波束收集效率、聚光与天线等高精度结构系统功质比等主要技术指标位居国际领先水平。该成果对我国下一代微波功率无线传输技术与空间太阳能电站理论与技术的发展具有支撑性、引领性,应用前景十分广阔。

据统计,在“逐日工程”项目组中,80后及90后科研人员占比已经达到61%,他们在多个子系统的磨合中,已经逐渐成长为理论功底与工程水平比翼齐飞的全能型人才。接下来,段宝岩院士带领的研究团队,在目前已经实现的一对一传输的基础上,又将投入到微波大功率无线传输一对多等方向的探索当中。

“逐日”雄心勃勃,为生态地球而努力

近年来人类一直在寻找一种可持续的清洁能源,以替代污染严重的化石能源。在这一点上我们与西方国家不同,我们始终视绿水青山为金山银山,因此越发重视对我们生态环境的保护。

如今在可控核聚变还未取得成功之时,我们已经率先找到在太空建立太阳能电站的方法。这离不开相关科研人员的刻苦努力,更离不开这些年我国多年来对航天事业的投入。很多人以前不理解为何国家每年在航天上花费巨大,可没想到正是航天事业带动了科技发展。

太空电站的成功开发和部署,将对全球能源生产方式产生重大影响,甚至于这个项目的落地,可能改变世界的格局。还可以根本性的遏制如今普遍出现的能源枯竭和环境资源污染问题,它提供的太阳能是一种可靠和可持续的能源。

总的来说,太空电站的开发是一个复杂且具有挑战性的过程,需要长期的技术攻坚和财政投资。然而,如果成功的话,它将彻底改变我们在地球上生产和使用能源的方式。我国计划建造的太空电站是一个雄心勃勃的计划,是未来地球人能够看到的最有可能实现的太空发电站构型。

原标题:美国半途而废,中国抢先建设!太空“三峡”工程或将改变世界格局
 
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来源:能源有料汇
 
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