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空间太阳能电站实验基地将做些什么?

   日期:2018-12-07     来源:重庆日报    浏览:931    评论:0    
12月6日,在璧山举行的空间太阳能电站技术暨第三届重庆军民深度融合产业发展交流会上,我国首个空间太阳能电站实验基地正式落户璧山。

在太空建太阳能电站被认为是能源领域的伟大变革。如何将庞大的空间太阳能电站组件运到3.6万公里的太空并完成组装?位于璧山的空间太阳能电站实验基地将从哪些方面开展基础研究?空间太阳能电站为什么被称为能源领域的伟大变革?12月6日,重庆日报记者对参加此次交流会的部分专家进行了专访。


璧山空间太阳能电站实验基地效果图。(璧山高新区供图)


包为民,中国科学院院士、中国航天科技集团科技委主任


段宝岩,中国工程院院士,曾担任世界最大单口径射电望远镜FAST推进委员会工程预研究组组长


杨士中,中国工程院院士,国家“211工程”运载器测控及遥感信息传输技术重点学科和国家“985工程”科技创新平台测控及遥感信息传输研究院首席科学家

(本组图片除署名外均由通讯员曾清龙、孙琴提供)

破解能源供给难题

空间太阳能电站发电量超地面几十倍

重庆日报:为什么要到太空建太阳能电站,而且要选择距地面3.6万公里的地球同步轨道呢?


杨士中:太阳能虽取之不尽用之不竭,但在地面上的利用率并不高,因为太阳能在经过地球大气层时衰减很多。然而在太空中,太阳能却非常充裕。比如,一平方米的光伏电池在西北地区中午太阳直射时约能产生0.4千瓦左右的电力,在多雾的地方顶多能达到0.1千瓦。但如果在脱离了对流层的太空中,却能产生10-14千瓦的电力,比在地球上的利用率高得多。因此,要获得大量的太阳能,最好是到太空去,在太空建太阳能电站。一旦能够攻克空间太阳能发电技术,就有望逐步解决人类社会面临的能源危机,获得取之不尽用之不竭的可持续清洁能源。因此,空间太阳能电站被称为“能源领域的伟大变革”。

目前的研究表明,空间太阳能电站的理想轨道应选择在地球上空3.6万公里的地球同步轨道,由于相对于地面静止、且距地球较近,控制和传输电能都相对方便很多,而且可以随时传输。

攻克空间太阳能电站建设难关

开展材料运送、太空制造、电能运输等技术研究

重庆日报:在3.6万公里太空建电站,绝非易事。根据目前的研究,这个太空电站应该如何修建呢?

杨士中:要建空间太阳能电站,有很多棘手问题要解决。比如建电站需要很多材料,这些材料如果通过火箭发射,成本很高。那么,我们能不能修个“天梯”,将所需的材料一一运到太空中去,再用航空机器人在太空中完成组装呢?这些都是目前我们研究的方向。

在太空中建立的空间发电站,其电能功率是相当大的,要通过微波将如此大功率的电能传输到地面,这个传输通道的技术性、安全性问题都需要经过严格的论证。

包为民:要建太阳能电站,需要将数万吨的空间太阳能电站模块运送到太空中。如果通过运载火箭发射,一是火箭运载能力不够,二是组件结构必须足够强壮,才能经受住火箭发射过程中的震动和冲击。但在真正进入太空后,这样强壮的结构却并不需要。因此,我们考虑能不能将空间太阳能电站的建造材料直接发射到太空中,在太空建立“太空工厂”,通过3D技术将所需的组件打印出来,再通过太空机器人进行组装呢?这也是目前的研究方向之一。

开展前期演示模拟与验证

为在太空建立太阳能电站打下基础


重庆日报:建在璧山的空间太阳能电站实验基地将进行哪些方面的科学研究,如何发挥作用呢?

杨士中:空间太阳能发电是一个宏伟的空间和地面工程,涉及到许多重要的技术领域,如空间运输、航天器设计、微波技术、激光技术、材料技术等,面临着一系列问题。比如电站在太空姿态如何控制,在太空的安全如何保证,能量如何传输等等,每一步关键技术都需要有效、安全、可靠的模拟验证方案,在璧山的实验基地就将起到模拟验证和演示的作用。目前,我们在璧山的实验基地已完成一套高空系留锚定氦气浮空平台(系留气球平台)的研制,可实现空间太阳能发电站、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,为未来中国真正在太空建立太阳能电站打下基础。

段宝岩:空间太阳能电站需要多项技术突破,比如大型结构空间的展开及装配,大型空间聚光空间系统及控制,光电转换效率等等。璧山实验基地的成立和运行,将通过基础研究带动相关领域核心技术的发展,意义深远。

核心团队

璧山空间太阳能电站实验基地技术团队以重庆大学杨士中院士团队为主,联合重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室、西安电子科技大学段宝岩院士团队、中国空间技术研究院西安分院微波技术重点实验室、中国航天科技集团钱学森空间技术实验室空间能源技术研究中心等单位共同组建。

杨士中团队率先发起微波输能与空间太阳能电站领域攻关,已完成了一套具备高空系留锚定能力的氦气浮空平台及其微波输能载荷的研制。

段宝岩团队主要从事电子机械、机电控制与自动化、工程结构优化等方面的研究工作,将为空间太阳能电站实验基地气球阵(即氦气浮空平台)的绳索牵引与姿态控制提供保障。

中国空间技术研究院西安分院在卫星数据传输及处理、天线技术、卫星遥感技术、测控技术等领域技术水平处于世界先进行列,中国空间技术研究院西安分院微波技术重点实验室将为空间太阳能电站实验基地天线阵列的研制提供保障。

中国航天科技集团钱学森实验室是我国空间太阳能电站规划论证和总体技术研究的牵头单位,建立了信息获取与处理技术、微纳光电技术、材料与机械技术、能量转换技术、量子技术等专业技术,将为实验基地提供能量转换、信息获取等技术保障。 
 

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