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說起太陽能電站大家都不陌生，可是現(xiàn)在中國的科學(xué)家們，將把這個(gè)碩大的電站搬到36000公里外的太空去。昨天，我國首個(gè)空間太陽能電站實(shí)驗(yàn)基地正式落戶璧山。
為實(shí)現(xiàn)這個(gè)被稱為新時(shí)期航天和新能源領(lǐng)域的“曼哈頓工程”，包括中國科學(xué)院院士包為民、中國工程院院士段寶巖、楊士中等在內(nèi)的百余位專家齊聚重慶璧山拉開了實(shí)驗(yàn)基地建設(shè)的序幕。
空間太陽能電站構(gòu)想最早由美國科學(xué)家格拉塞于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)中國工程院院士、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。
中國科學(xué)院院士、中國航天科技集團(tuán)科技委主任包為民說，目前中國、美國、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。空間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)降孛妫侨绾伪Ｕ显O(shè)備運(yùn)行安全和環(huán)境安全。“目前這三個(gè)問題都還處在基礎(chǔ)性探索中。”他說。
即將啟動(dòng)建設(shè)的璧山空間太陽能電站實(shí)驗(yàn)基地項(xiàng)目選址位于璧山區(qū)福祿鎮(zhèn)和平村，地形三面環(huán)山。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)升空實(shí)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)模空間太陽能電站系統(tǒng)相關(guān)工作。
包為民：用太空3D打印技術(shù)在外太空建電站
人物簡介：包為民，中國科學(xué)院院士，中國航天科技集團(tuán)科技委主任。制導(dǎo)與控制專家，中國航天運(yùn)載器總體及控制系統(tǒng)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)帶頭人，國防科技工業(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。”
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)奶炜眨?ldquo;對(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。”
電站如何建？太空3D打印技術(shù)！
作為中國航天運(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)。”
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)送升空的航空氣球和地面連接，進(jìn)行微波傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)。
“現(xiàn)在航空氣球已經(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：用航空飛艇氣球先在平流層做前期試驗(yàn)
人物簡介：楊士中，中國工程院院士，國家“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)我國有關(guān)專家組論證建議，我國力爭實(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)谧鍪裁矗靠蒲惺怯玫募{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，我們可以將航空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)谄搅鲗又校冉⑵鹨粋€(gè)簡單的太陽能電站。”
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。
航空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？用航空飛艇氣球！
“我已經(jīng)從湖北買回三個(gè)直徑8米的航空氣球，準(zhǔn)備在璧山進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。”楊士中說。
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)航空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)年建不起航空母艦，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。”
楊士中說，初期投入實(shí)驗(yàn)的只有幾個(gè)氣球，但到后期，完全可以購買更多的氣球來實(shí)現(xiàn)空間太陽能發(fā)電。
“目前的航空氣球和飛艇已經(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。”
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。”
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