來源：【科學網】

位于西電南校區(qū)的“逐日工程”空間太陽能電站地面驗證系統(tǒng)。

項目評介會。

OMEGA–SSPS地面試驗驗證系統(tǒng)說明。 圖片均由西安電子科大提供

6月5日，世界首個全鏈路全系統(tǒng)的空間太陽能電站地面驗證系統(tǒng)通過專家組驗收。中國工程院院士、西安電子科技大學段寶巖教授帶領的“逐日工程”研究團隊研制的這一驗證系統(tǒng)突破并驗證了高效率聚光與光電轉換、微波轉換、微波發(fā)射與波形優(yōu)化、微波波束指向測量與控制、微波接收與整流、靈巧機械結構設計等多項關鍵技術。

驗收當天，在經過了深入、細致的現場考察、咨詢交流等環(huán)節(jié)后，以中國科學院院士吳一戎研究員為組長、包括另外三位院士在內的九位專家組成的評價組一致認為：該項目成果總體處于國際先進水平。其中歐米伽光機電集成設計、55米傳輸距離的微波功率無線傳輸效率、微波波束收集效率、聚光與天線等高精度結構系統(tǒng)功質比等主要技術指標位居國際領先水平。該成果對我國下一代微波功率無線傳輸技術與空間太陽能電站理論與技術的發(fā)展具有支撐性、引領性作用，應用前景十分廣闊。

驗證了自主創(chuàng)新的完整過程

2014年，工信部、發(fā)改委、科技部等16個部委組織來自國內的130余位專家開展了近一年的論證工作，論證組最終完成了《中國太空發(fā)電站發(fā)展規(guī)劃及關鍵技術體系規(guī)劃論證報告》，為我國開展太空發(fā)電站關鍵技術攻關決策提供了重要指引。

與此同時，段寶巖團隊提出了歐米伽（OMEGA）空間太陽能電站設計方案。這一設計方案與美國的阿爾法（ALPHA）設計方案相比，具備三個優(yōu)勢：控制難度下降，散熱壓力減輕，功質比（天上系統(tǒng)的單位質量所產生的電）提高約24%。

“空間太陽能電站研究，目前在全世界是一個熱點?！倍螌殠r介紹說。據了解，自1968年美國人彼得·格拉澤提出建設太空電站的構想之后，先后已有美國國家航空航天局（NASA）與能源部聯(lián)合啟動并資助的“1979 SPS基準系統(tǒng)”，歐洲啟動的“空間探索與利用的系統(tǒng)、概念、結構和技術”研究等。

2012年以來，在NASA創(chuàng)新概念項目支持下，約翰·曼金斯教授提出了“任意大規(guī)模相控陣式空間太陽能電站”阿爾法（SSPS-ALPHA）方案。之后，美國諾格公司與加州理工大學簽署了一項總額1750萬美元的空間太陽能電站技術研發(fā)合同。與此同時，印度、俄羅斯、英國、法國的科研工作者，亦在空間太陽能電站研究領域持續(xù)發(fā)力。

2015年，日本研究者開展了55米距離的微波無線傳能實驗，驗證了基于5.8吉赫頻率、固態(tài)源和相控陣體制下的傳輸，傳輸效率為9.88%，在微波無線能量傳輸技術方面暫時處于世界領先地位?！暗毡镜倪@種試驗系統(tǒng)依然不是全鏈路的，缺少了從光到電的過程，他們的技術優(yōu)勢集中在從發(fā)射天線到接收天線這一鏈路?！倍螌殠r補充強調說，“而西電搭建的這個地面驗證系統(tǒng)，是全鏈路全系統(tǒng)的，實現了從跟日、聚光、光電轉換、微波發(fā)射到微波接收整流等完整過程?！?/p>

測試成功時間提前近三年

10年磨一劍。

10年來，段寶巖研究團隊從方案提出、理論分析、仿真計算、室內傳能驗證、戶外地面驗證，一步一個腳印地穩(wěn)步向前開展著空間太陽能電站相關研究工作。

2018年12月23日，在“空間太陽能電站系統(tǒng)項目”啟動儀式暨高峰論壇上，西電空間太陽能電站研究項目被命名為“逐日工程”。在順利完成了理論研究計算、室內傳能驗證之后，段寶巖研究團隊拉開了“逐日工程”空間太陽能電站的戶外地面驗證挑戰(zhàn)序幕。

“逐日工程”空間太陽能電站地面驗證系統(tǒng)位于西電南校區(qū)，其支撐塔為75米高的鋼結構，驗證系統(tǒng)主要包括五大子系統(tǒng)：歐米伽聚光與光電轉換、電力傳輸與管理、射頻發(fā)射天線、接收與整流天線、控制與測量。其工作原理，首先是根據太陽高度角確定聚光鏡需要傾斜的角度，在接收到聚光鏡反射的太陽光后，位于聚光鏡中心的光伏電池陣，將其轉化為直流電能。隨后，通過電源管理模塊，四個聚光系統(tǒng)轉換得到的電能匯聚到中間發(fā)射天線，經過振蕩器和放大器等模塊，電能被進一步轉化為微波，利用無線傳輸的形式發(fā)射到接收天線。最后，接收天線將微波整流再次轉換成直流電供給負載。

一千多個日日夜夜，“逐日工程”驗證系統(tǒng)各子系統(tǒng)的搭建，研發(fā)人員經歷了一次次失敗之后重新再來的艱辛與痛苦，在鍥而不舍的踔厲攀登中成功。

“從事科學研究工作，特別是我們這樣的工程項目，需要親自動手，需要實際操作，需要一次次跑現場，絕不是在電腦上做做仿真就行了的?！倍螌殠r反復強調。

“計算仿真，安裝調試，其實這都不算啥，有時我們碰到的難題，完全不像是在做研究?！薄爸鹑展こ獭表椖拷M主要成員之一年輕的張逸群教授說。

“逐日工程”這個空間太陽能電站地面驗證系統(tǒng)，正是在段寶巖親自示范帶動下，經過項目組百名師生精誠協(xié)作，一點一滴搭建起來的。

全鏈路、全系統(tǒng)的空間太陽能電站地面驗證系統(tǒng)通過驗收時間比原定的技術路線節(jié)點提前了近三年。

項目將發(fā)揮的主要作用

空間太陽能電站研究是一個能源領域的“曼哈頓工程”，涉及的技術領域非常之多，最終實現天地之間的傳輸需要幾代人的接續(xù)奮斗。

段寶巖說：我們開始研究，從最可能實現的地方做起。這樣做的好處，就是可以讓一部分“人”先富起來。

首先是太空運轉的各類航空器以及地面運轉的移動設備。段寶巖設想，空間太陽能電站未來可以成為軌道中的“太空充電樁”。他指出，目前中小衛(wèi)星需要攜帶龐大的太陽帆板進行充電，但其效率低，因為當衛(wèi)星運行到地球陰影區(qū)時便無法充電。如果有了“太空充電樁”，衛(wèi)星則不再需要龐大的太陽帆板，只需一付可收展的接收天線，就像加油站一樣。

此外，一旦地面無線充電樁的構想獲得突破，其在民用及軍用兩大領域都有著廣闊的現實價值。比如，其能在邊遠地區(qū)供電、救災、突發(fā)事件無線供電以及降低惡劣氣候影響（臺風強度、走向等）方面大展身手。再比如，其可直接應用于對軍用衛(wèi)星、空間武器、大型艦船、地面軍事設施的無線供電，特別是在軍用應急雷達、平流層飛行器、無人機群等無線供電方面具有令人激動的應用前景，可確保持續(xù)、靈活、可靠、實時的能源供應，保障軍事力量的有效性和國家安全。

而在“人才演兵場”的作用方面，則可以用段寶巖常常給學生講的一句話進行概括，那就是“一代做給一代看，一代更比一代強”。

據統(tǒng)計，在“逐日工程”項目組中，80后及90后科研人員占比已經達到61%，他們在多個子系統(tǒng)的磨合中，已經逐漸成長為理論功底與工程水平比翼齊飛的全能型人才。

據了解，接下來，段寶巖帶領的研究團隊，在目前已經實現的一對一傳輸的基礎上，又將投入到微波大功率無線傳輸一對多等方向的探索當中。

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