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段宝岩：《太空发电的优势与难点》
2026-06-17 15:54:44
作者：段宝岩（中国工程院院士，教授，西安电子科技大学原校长）
空间太阳能电站的构想，最早由美国科学家彼得·格拉赛于1968年提出。它的工作原理与通信卫星类似：太阳能板在地球轨道上运行，通过自身旋转始终正对太阳，以最佳角度接收阳光；随后，收集到的能量以微波形式传输到地面的接收站，再转换成电能，并接入现有的电网基础设施。与地面太阳能发电相比，太空的发电条件堪称完美：无云层遮挡、无昼夜交替、无大气衰减。在地球静止轨道或地球太阳同步轨道上，单位太阳能电池板可接收的太阳辐射量为地面的8至10倍，且能实现24小时连续发电，具备成为稳定“基荷电源”（连续稳定运行的基础电源）的潜力。
同时，空间太阳能电站的扩展能力极强，通过扩大规模能满足全球能源增长需求。如果在地球静止轨道铺设一周一公里宽的太阳能电池带，一年接收的能量相当于地球可开采石油的总量。空间太阳能电站还能带来多重附加价值：一是给卫星减负，使其摆脱庞大笨重的太阳翼（帆），换上小巧的接收天线，从“太空充电桩”获取电力，显著提升灵活性和续航能力；二是实现能量和信息双传输，让通信、导航卫星的天线同时具备接收电力的功能；三是优化太空信息处理，在太空直接完成数据处理，避免当前“太空压缩、天地传输、地面解压”模式带来的丢包、失真等问题；四是为月球基地、火星前哨站等深空探测设施提供远程无线供电。
然而，要在太空建造超级电站，并不是一件容易的事。国际上已提出多种空间太阳能电站设计方案，根据太阳光能收集形式的不同，主要分为聚光型与非聚光型两大类。聚光型空间太阳能电站的核心思路是通过特殊的聚光系统，一方面将太阳光集中汇聚到太阳能电池表面，提高光电转换效率；另一方面将发射天线发出的微波波束精准对准太空飞行器或地面接收站的天线。代表方案包括美国的“阿尔法”、中国的“欧米伽”等，其优势在于结构紧凑、重量较轻，但对热管理与指向精度要求高。非聚光型空间太阳能电站则直接铺设大面积柔性光伏阵列，配合独立的微波发射天线。比如日本提出的“绳系结构”方案、中国的“多旋转关节”构型。这类设计更加简洁，但需解决超大柔性结构在轨展开、双轴高精度指向等难题，就像让一块巨大的“太空帆板”在高速运动中始终瞄准两个不同的目标，挑战很大。
无论采用哪种方案，空间太阳能电站作为一个连接“太空—太空”“太空—地面”的超大型能源供给系统，都需要突破多项关键核心技术。比如，远距离高功率高效率微波无线传能、在轨超大型结构组装、极端热环境控制、长期可靠性运行等。这些技术环环相扣，需系统性突破。近年来，空间太阳能电站从理论探索迈向工程验证的关键阶段，多国加快推进关键技术攻关与原型试验，一系列突破性进展让这项技术的落地前景越来越清晰。
作者介绍：
段宝岩：电子机械工程专家，中国工程院院士，西安电子科技大学教授、博士生导师，香港城市大学（东莞）首任校长，西安电子科技大学原校长。兼任：国家973首席科学家，全国天线产业联盟主席，国际工程技术学会会士，先进制造技术学部委员，机械学科教指委副主任，工信部电子科技委委员，《电子机械工程》与《电子学报》等10个国内外学术期刊编委。曾任西安电子科技大学党委常委、校长。段宝岩院士长期从事电子机械工程的教学与科研工作，开辟了我国电子装备机电耦合研究的新领域。系统地建立了电子装备电磁场、结构位移场、温度场之间的场耦合理论模型，揭示了机械结构因素对电性能的影响机理，提出了基于场耦合理论模型与影响机理的机电耦合设计理论与方法。成果已成功应用于探月工程、神舟飞船工程、主力战舰及500米口径大射电望远镜等国家重大工程与装备中。发表被SCI/EI检索论文200余篇，国际会议特邀报告8次，著书5部，授权发明专利30余项。以第一完成人获国家科技进步一等奖1项、二等奖3项，被评为电子部有突出贡献中青年专家、陕西省优秀留学回国人员、入选陕西省"三五跨世纪人才”工程、被评为陕西省教育系统优秀共产党员，获陕西省劳动模范称号、全国"五一”劳动奖章、被评为全国留学回国人员先进个人、被评为全国师德先进个人、陕西省师德标兵，获“全国先进工作者”称号。
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