當(dāng)前亟待解決的五個(gè)關(guān)鍵技術(shù)
　　相當(dāng)于超大型地球同步軌道衛(wèi)星天線的空間太陽能電站，主要由三部分組成，即太陽光聚光裝置、能量轉(zhuǎn)換和發(fā)射裝置，以及地面接收和轉(zhuǎn)換裝置。其中，太陽聚光鏡與光伏電池陣裝置將太陽能轉(zhuǎn)化成為電能，能量轉(zhuǎn)換裝置將電能轉(zhuǎn)換成微波等形式，并利用天線向地面發(fā)送能束，地面接收系統(tǒng)利用地面天線接收空間發(fā)射來的能束，通過整流裝置將其轉(zhuǎn)換成電能以供使用。
　　作為大型工程，空間太陽能電站的發(fā)展必須盡早確定發(fā)展規(guī)劃與研究計(jì)劃，開展長期、持續(xù)的基礎(chǔ)性和前瞻性研究，解決其中共性與關(guān)鍵技術(shù)難題。目前，空間太陽能電站的關(guān)鍵技術(shù)難題主要有五個(gè)方面：即超大型空間天線系統(tǒng)輕量化設(shè)計(jì)、天線波束指向與控制、空間機(jī)器人組裝、機(jī)電耦合設(shè)計(jì)和低成本空間運(yùn)輸。
　　超大型空間天線與聚光鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，由于尺度在公里級，成本必須考慮，既要求高性能又要求輕重量、低成本。因此，亟待建立兼顧多學(xué)科、多尺度的設(shè)計(jì)模型，提出輕量化設(shè)計(jì)理論與方法。對空間聚光鏡、太陽能電池陣及發(fā)射天線進(jìn)行深入研究，降低系統(tǒng)重量，解決空間太陽能電站的太陽能收集系統(tǒng)功率質(zhì)量比，以及發(fā)射天線結(jié)構(gòu)重量、輻射面積和散熱等技術(shù)難題。
　　天線陣波束賦形與指向控制方面，需要研究發(fā)射天線陣遠(yuǎn)場或過渡場方向圖精確指向地面接收天線的孔徑中心、方向圖地面足印及接收天線孔徑的匹配問題。因此，由于同步軌道到地面的指向精度要求很難達(dá)到，需要研究合理的實(shí)現(xiàn)策略。
　　空間組裝方面，包括機(jī)器人（手）技術(shù)，亟待實(shí)現(xiàn)空間機(jī)器人的小型化、智能化，使其適應(yīng)太空微重力、大溫差、強(qiáng)輻射等極限工作環(huán)境；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，開展虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下的裝配建模、操作定位及交互式裝配規(guī)劃與評價(jià)。此外，還應(yīng)進(jìn)行地面縮比模型試驗(yàn)，對空間太陽能電站的結(jié)構(gòu)性能、裝配性能及電性能等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。
　　空間太陽能電站大功率連續(xù)傳輸?shù)臋C(jī)電耦合問題也不容忽視�？臻g太陽能電站作為大型在軌運(yùn)行系統(tǒng)，不可避免地存在多場、多因素、多尺度的耦合問題，其環(huán)境載荷、結(jié)構(gòu)參數(shù)對位移場、電磁場和溫度場有著巨大的影響，相互之間的機(jī)電耦合問題十分突出。為此，亟待開展多物理量在極端惡劣的空間環(huán)境下的相互作用機(jī)理、相互影響規(guī)律的研究，進(jìn)而建立場耦合理論模型、挖掘影響機(jī)理。
　　由于空間太陽能電站的體積比國際空間站大許多倍，需要多次發(fā)射到近地軌道并進(jìn)行組裝，再送往地球同步軌道，而目前人類最大的運(yùn)載火箭近地軌道運(yùn)載能力只有100噸，發(fā)射成本高。因此，需要研制低成本、大運(yùn)載量的近地軌道運(yùn)載器，以及高性能軌道間電推進(jìn)系統(tǒng)。
　　中國空間太陽能電站研究 應(yīng)分階段穩(wěn)步推進(jìn)
　　空間太陽能電站涉及機(jī)械、航天等數(shù)十個(gè)領(lǐng)域，是一個(gè)巨型系統(tǒng)工程，其實(shí)際規(guī)模將會(huì)超過美國已經(jīng)實(shí)施的“阿波羅計(jì)劃”，能夠帶動(dòng)大批從事基礎(chǔ)和工程技術(shù)研究的高素質(zhì)人才培養(yǎng)，并有望引發(fā)一場新技術(shù)革命。
　　中國從上世紀(jì)80年代以來，就一直跟蹤國際空間太陽能電站發(fā)展。近年，以中國空間技術(shù)研究院為核心，中國工程物理研究院、西安電子科技大學(xué)、重慶大學(xué)、四川大學(xué)等參與的國內(nèi)研究團(tuán)隊(duì)，分別結(jié)合各自的優(yōu)勢，在系統(tǒng)論證和關(guān)鍵技術(shù)方面開展了相關(guān)工作。
　　2010年，多位中國科學(xué)院和中國工程院院士參加完成了《空間太陽能電站技術(shù)發(fā)展預(yù)測和對策研究》咨詢評議報(bào)告，建議盡快開展相關(guān)論證和設(shè)計(jì)工作，得到了一批研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者的重視。根據(jù)目前我們的技術(shù)水平和研究進(jìn)展，綜合分析我國的國情和各方面情況，建議在立足于現(xiàn)有的技術(shù)條件下，踏實(shí)且分階段地推進(jìn)中國空間太陽能電站研究工作。
　　空間太陽能電站的具體設(shè)計(jì)和發(fā)展，可分為近期、中期及遠(yuǎn)期來推進(jìn)實(shí)施，即兩大步三小步：第一大步，2030年建造兆瓦（MW）級空間太陽能電站；第二大步，2050年建造吉瓦（GW）級空間商用太陽能電站。第一大步之內(nèi)，又分為三個(gè)階段進(jìn)行：即2020年完成關(guān)鍵技術(shù)的地面攻關(guān)與模型演示驗(yàn)證，2025年完成兆瓦（MW）級電池陣空間構(gòu)建的驗(yàn)證，2030年完成百米量級空間組裝天線與相應(yīng)聚光鏡的驗(yàn)證。當(dāng)然，如果能加快進(jìn)程，將是大家更為希望的。
　　作者簡介：
　　段寶巖，中國工程院院士，電子機(jī)械工程專家。

作者：段寶巖 來源：中國科學(xué)報(bào) 責(zé)任編輯：gaoting