空間太陽能電站發展展望（上）

1 前言

可再生清潔能源是人類社會賴以生存和持續發展的主要物質基礎。21世紀以來，經濟飛速發展帶來的能源、環境問題日益嚴重，然而，地面太陽能、風能、水能、核能、海洋能、地熱能和生物能等新能源都存在能量不穩定、能量總量受限等問題。

空間太陽能電站（SPS），也稱天基太陽能電站（SBSP），是指在空間將太陽能轉化為電能，再通過無線能量傳輸方式傳輸到地面的電力系統。空間太陽能電站在空間利用太陽能，不受季節、晝夜變化等的影響，接收的能量密度高，基本不受大氣的影響。在地球同步軌道，99%的時間內可以穩定接收太陽輻射，向地面固定區域進行穩定的能量傳輸。

目前，國際上空間太陽能電站尚處於研發階段，由於其工程規模及技術難度巨大，美國有智庫稱之為航天領域的「曼哈頓工程」。近年來，太陽電池效率、微波轉化效率以及相關的空間技術取得了很大進步，為空間太陽能電站的研發奠定了良好的基礎。但作為一個非常宏大的空間系統，其發展還面臨許多核心技術難題。

2 國際研究進展

美國和日本在空間太陽能發電技術領域具有較好的研發基礎，其他國家和組織也在積極關注並推動此領域的發展。目前已提出多個空間太陽能電站發展規劃，設計了幾十種概念方案，在高效太陽能發電、無線能量傳輸等關鍵技術方面開展了重點研究。

美國

1968年，美國格拉澤（Gl a s e r）博士首次提出空間太陽能電站的構想後，美國國家航空航天局（NASA）與美國能源部已經在過去30年花費了8000萬美元支持空間太陽能電站概念的研究，並且提出了第一個空間太陽能電站系統方案概念「1979SPS基準系統」，作為後續研究的基準和參考。2012年，在NASA創新概念項目支持下，約翰·曼金斯（John Mankins）教授提出「任意大規模相控陣式空間太陽能電站」（SPS-ALPHA）方案。2015年，美國諾格公司（Northrop Grumman）與加州理工大學簽署一項3年總額1750萬美元的空間太陽能電站技術研發合同，成為近年來空間太陽能電站領域最大的合同。

雖然空間太陽能電站未被列入正式的美國國家發展計劃，但得到了持續的關注和發展。

日本

日本在微波無線能量傳輸技術的研究和試驗方面處於世界領先地位。1983年，日本京都大學進行了「微波-電離層非線性作用試驗」（MINIX），總發射功率1.25kW，這是世界上首次在電離層進行微波能量傳輸試驗。1992年，日本東京大學又進行了「微波動力飛機試驗」（MILAX），這是一次以微波為動力的飛機飛行驗證。2006年，日本東京大學和神戶大學聯合開展「風呂敷試驗」（Furoshiki）,進行了空間網狀天線展開、測試微波能量傳輸波束控制及機器人爬行試驗。

2015年，日本神戶大學和三菱重工公司都進行了微波能量傳輸試驗（MPT）。2004年，日本正式將發展空間太陽能電站列入國家航天發展計劃，規劃在2030年後建設商業化空間太陽能電站，總投資將超過210億美元。

其他國家和組織

俄羅斯、歐洲航天局（ESA）、國際無線電科學聯盟和國際宇航科學院等研究機構也在近年開展了空間太陽能電站的專題技術研究。2012年，以國際宇航科學院發電委員會成員為主的研究團隊完成了《空間太陽能電站—第一次國際評估：機遇、問題及可能的發展途徑》報告。該報告分析了空間太陽能電站在未來幾十年對於快速增長的豐富的可再生能源方面可能扮演的角色，並且評估了與空間太陽能電站概念相關的技術成熟度和技術風險，最終形成了一個可能引導這一遠景概念實現的合理的國際路線圖。

歐洲航天局、加拿大、俄羅斯等國及相關國際組織在該領域真正的投入較少，但非常關注該領域的發展（待續）。

（錢學森空間技術實驗室王立成正愛張興華侯欣賓劉宇飛）

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