【文/觀察者網(wǎng) 呂棟 編輯/周遠(yuǎn)方】

鑒于電磁感應(yīng)式的無線充電已無法勾起手機(jī)消費(fèi)者的好奇心，年初有終端廠商推出所謂“隔空充電”技術(shù)，通過空間定位和隔空能量傳輸，可實(shí)現(xiàn)數(shù)米半徑內(nèi)單設(shè)備5瓦“遠(yuǎn)距離充電”，并將其稱為劃時(shí)代的“硬核科技”。

某硬件廠商的隔空充電技術(shù)

如果在數(shù)米范圍內(nèi)給手機(jī)進(jìn)行“隔空充電”，被稱為“硬核科技”。那毫無疑問，在距離地面3.6萬公里高度的地球同步軌道上給高速公路上的電動(dòng)汽車充電，只能被稱為“科幻”了。

空間太陽能電站概念圖

考慮到在太空中利用太陽能發(fā)電，效率高、持久、清潔，不受季節(jié)、晝夜變化影響，甚至還能作為深空探測器能源系統(tǒng)的候選方案，中國科學(xué)家正努力將這種科幻片中的情節(jié)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

今年6月，全國首個(gè)空間太陽能電站實(shí)驗(yàn)基地在“霧都”重慶開工建設(shè)，由于目前技術(shù)水平和條件有限，該項(xiàng)目計(jì)劃未來先在平流層建立起一個(gè)太陽能電站，試驗(yàn)收集太陽能并通過無線能量傳輸方式向地面提供持續(xù)電力的發(fā)電系統(tǒng)。該基地預(yù)計(jì)年底建成，明年開始相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

與此同時(shí)，西安也在開展空間太陽能發(fā)電相關(guān)試驗(yàn)，當(dāng)?shù)卣诮ㄔO(shè)全球首個(gè)空間太陽能電站地面驗(yàn)證中心，其團(tuán)隊(duì)帶頭人段寶巖此前曾負(fù)責(zé)500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）的總體設(shè)計(jì)。

盡管空間太陽能電站的設(shè)想最早由美國提出，但目前只有中國正在建設(shè)基地進(jìn)行地面驗(yàn)證，而且重慶和西安兩個(gè)基地也是在經(jīng)過十幾年的研討和論證后才真正開工，凸顯出空間太陽能電站的建設(shè)難度。

觀察者網(wǎng)梳理發(fā)現(xiàn)，要真正建成被稱為“太空三峽”的空間太陽能電站，目前還有諸多難題待解。

首先，大功率、遠(yuǎn)距離無線傳能技術(shù)是必須跨越的難關(guān)，而且波束要指向規(guī)定的接收口徑，讓誤差盡可能縮??；其次，比空間站重的多的電站組件，要被發(fā)射到3.6萬公里高度的地球同步軌道上，并且完成在軌組裝；第三；重型火箭密集發(fā)射將帶來巨大的成本問題；第四，電站在太空中長期運(yùn)行的安全問題，以及向地面?zhèn)鬏斴椛鋵?duì)生態(tài)、生物體會(huì)造成多大影響；此外，電站建設(shè)對(duì)新材料、高效能量轉(zhuǎn)化器件、超大型航天器結(jié)構(gòu)及控制技術(shù)等都提出挑戰(zhàn)。

不過，雖然困難重重，但支持建設(shè)電站的科學(xué)家仍保持樂觀。今年5月，中科院院士葛昌純撰文指出，可控核聚變目前仍處于基礎(chǔ)科學(xué)研究有待突破的階段，而空間太陽能電站不存在基礎(chǔ)科學(xué)問題，雖然工程規(guī)模巨大，但相關(guān)技術(shù)經(jīng)過持續(xù)研發(fā)是能夠在一定時(shí)間內(nèi)取得重要突破的?？臻g太陽能電站的發(fā)展將極大地帶動(dòng)低成本運(yùn)載、空間大規(guī)模建造等空間前沿技術(shù)的跨越式發(fā)展。

空間太陽能電站概念圖 圖片來源：《中國科學(xué)報(bào)》

“霧都”中的空間太陽能電站實(shí)驗(yàn)基地

自1969年世界上第一座太陽能發(fā)電站在法國建成，人類掌握太陽能發(fā)電技術(shù)已超過60年。但目前太陽能在地面的利用效率并不高，因?yàn)樘栞椛湓诖┰酱髿鈱訒r(shí)，可能遭遇云、霧、雨、雪等各種天氣，能量密度波動(dòng)較大，很不穩(wěn)定。

例如，位于中國西南部的直轄市——重慶，受地理環(huán)境影響，年平均霧日為104天，素有“霧都”之稱。而位于重慶西部的璧山區(qū)云霧山全年霧日多達(dá)204天，堪稱“世界之最”。

在這樣的地方進(jìn)行太陽能發(fā)電，顯然不是明智之舉。

但很快，重慶將擁有一項(xiàng)關(guān)于“太陽能革命性技術(shù)”的實(shí)驗(yàn)設(shè)施。6月20日，重慶市政府網(wǎng)站發(fā)布消息稱，全國首個(gè)空間太陽能電站實(shí)驗(yàn)基地在璧山區(qū)正式開工建設(shè)（下稱：璧山基地），該基地將重點(diǎn)進(jìn)行空間太陽能發(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)證等。

據(jù)重慶經(jīng)信委介紹，璧山基地選址于璧山區(qū)福祿鎮(zhèn)和平村，地形三面環(huán)山，所在地區(qū)具有氣候濕潤、無霜期長、日照多、云霧陰雨少等特點(diǎn)，可以保障實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。

重慶市政府網(wǎng)站截圖

空間太陽能電站的技術(shù)原理并不復(fù)雜，就是在地球軌道上建立一個(gè)電站收集太陽能，并通過無線能量傳輸方式向地面提供持續(xù)電力的發(fā)電系統(tǒng)。這種發(fā)電方式不受晝夜、天氣、地區(qū)緯度等自然因素影響，其電能通過無線方式傳輸，延伸的無線輸能、無線通信等相關(guān)技術(shù)還可廣泛應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。

開工兩個(gè)月后，重慶璧山基地傳出新消息。8月16日，中科院主管的《中國科學(xué)報(bào)》報(bào)道稱，璧山基地預(yù)計(jì)年底完工，明年正式開始相關(guān)試驗(yàn)。該基地的技術(shù)負(fù)責(zé)人名叫楊士中，他同時(shí)是中國工程院院士、重慶大學(xué)通信與測控研究所所長。

對(duì)于建設(shè)空間太陽能發(fā)電站的好處，楊士中如數(shù)家珍。他曾向外界列舉數(shù)據(jù)稱，在日照充足的中國西北地區(qū)，一平方米的光伏電池可產(chǎn)生0.4千瓦電力，在“霧都”重慶，僅為0.1千瓦。而在距離地球表面約3.6萬公里高度的地球同步軌道上，發(fā)電功率可高達(dá)10千瓦-14千瓦。

與此同時(shí)，在重慶700公里之外的西安，中國工程院院士、西安電子科技大學(xué)教授段寶巖團(tuán)隊(duì)也在開展空間太陽能發(fā)電相關(guān)試驗(yàn)，他們正在建設(shè)全球首個(gè)空間太陽能電站地面驗(yàn)證中心。段寶巖被外界視為中國天線方面的頂尖專家，此前曾負(fù)責(zé)500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）的總體設(shè)計(jì)。

位于璧山高新區(qū)的無線能量傳輸及環(huán)境影響科學(xué)工程項(xiàng)目效果圖 璧山高新區(qū)供圖

實(shí)驗(yàn)基地能夠開工，肯定在科學(xué)界獲得了支持。

今年5月11日，中國粉末冶金奠基人之一、中科院院士葛昌純撰文指出，中國可再生能源開發(fā)規(guī)模居世界首位，但由于可再生能源的不穩(wěn)定性，實(shí)際發(fā)電量占比僅為23.6%。在大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)取得重大突破之前，僅依靠地面可再生能源取代傳統(tǒng)化石能源，提供持續(xù)穩(wěn)定的能源供給還不現(xiàn)實(shí)。

他認(rèn)為，太陽光在太空中不會(huì)被大氣減弱，也不受季節(jié)、晝夜變化影響，可以通過無線能量傳輸方式向地面提供連續(xù)、穩(wěn)定的清潔能源。而在太空建設(shè)太陽能電站是實(shí)現(xiàn)太陽能大規(guī)模穩(wěn)定利用的重要方式，也將成為解決未來能源和環(huán)境問題的主要戰(zhàn)略選擇之一。

今年3月，全國空間探測技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩指出，空間太陽能電站發(fā)展的核心應(yīng)用目標(biāo)，是為地面提供大規(guī)模商業(yè)化的電力供給。如果中國建成空間太陽能電站，電動(dòng)汽車或能隨時(shí)隨地充電，不再有“斷糧”之憂。

而中國航天科技集團(tuán)五院研究員王立認(rèn)為，與化石能源相比，空間太陽能是一種高效、持久、清潔的能源。在宇宙運(yùn)行的空間太陽能電站可以大規(guī)模收集、轉(zhuǎn)化太陽能，并以無線方式將電能穩(wěn)定傳輸?shù)降孛骐娋W(wǎng)，發(fā)電量與地面核電站相當(dāng)。

中科院官網(wǎng)截圖