中国空间太阳能传输技术取得新突破

编辑者: Nataly Lemon

中国空间太阳能传输技术取得新突破-1

西安电子科技大学的研究团队在无线能量传输领域取得了重大突破:在“逐日”空间太阳能电站地面验证系统的测试中,他们成功利用微波束在100多米的距离上定向传输了1180瓦的功率。与此同时,该系统的“直流-直流”全链路传输效率达到20.8%,波束收集效率更是高达88%,这些数据充分展示了该技术所取得的显著进步。

此次测试的独特之处在于,它实现了从固定目标传输向能够同时为多个移动物体供电的动态系统转变。考虑到卫星和地面设备的位置始终在变化,这一特性对于实际应用而言至关重要。在另一项独立测试中,一架以30公里/小时速度飞行的无人机在30米距离处获得了稳定的143瓦功率,这表明系统即使在目标移动时也能保持极高的波束对准精度。该实验装置包括安装在75米高塔上的4.8米口径聚光镜、太阳能电池板、微波转换器以及由中国工程院院士段宝岩团队研制的整流接收天线。

作为对比,2022年完成的全球首个全链路全系统(从聚光到电能还原)验证系统的效率仅为15.05%。经过四年的深入研究,此次效率提升了约三分之一,标志着科研进度的显著加速,尽管距离真正的轨道应用仍有漫长的路要走。

为了理解任务的艰巨程度,需知3.6万公里高度的地球静止轨道距离是实验室100米测试距离的数百万倍。未来需要将接收和发射天线的尺寸扩大到数十米甚至数百米,确保波束能穿透不稳定的气层并跨越数千公里实现精准对焦,同时还需大幅提升系统总效率,并解决太空环境下的可靠性和耐久性难题。虽然中国已正式将2030年定为首次兆瓦级空间能量传输试验的目标年份,但部署轨道电站的具体成本和时间表尚未最终确定。

该系统的工作原理看似简单,实则操作极其复杂。聚光镜将阳光汇聚在硅基电池板上产生直流电,随后固态转换器将其转化为厘米波段的微波,并通过聚焦形成窄波束射向接收端。接收方的专用整流天线则负责将无线电波重新还原为电能。选择微波作为传输载体并非偶然:相比于红外线或可见光,微波穿透地球大气层时的能量损耗更小,这对于将能量从太空传输到地面至关重要。

该项目基于段宝岩团队在2014年提出的OMEGA创新架构。这种架构利用了球面聚光原理和模块化设计,使各组件能够像乐高积木一样在太空中完成组装。近年来开发的分布式OMEGA版本进一步解决了可扩展性问题,并有效避免了轨道结构中可能出现的单点故障。

尽管此次成就验证了单项组件在地面验证中的真实进展,但这并不意味着商业化空间电站已近在咫尺。目前仍面临巨大的工程挑战,包括将天线规模扩大数百倍、实现远距离大气层内的波束控制、提升全系统综合效率以及保障空间环境下的可靠性。与2022年的地面测试相比,能量传输表现的提升显而易见,但这仅仅是漫长征途中的一个阶段。在百米距离上取得的效率增长证明了链路各环节的不断成熟,但要将其整合为一套完整的轨道系统,仍需实现目前尚无法预见的重大技术突破。

8 查看

来源

  • The Chinese scientists hoping to use a space solar plant to power the world

  • China hits new milestone in space solar power project - Xinhua

  • China Reports Major Breakthrough in Space Solar Power Technology - TechRepublic

  • China Group Announces Successful Test of Space-Based Solar Power - PowerMag

  • China's Space Solar Power Mission - Outlook Business

  • China's solar space station: A game-changer in renewable energy

  • Chinese university completes space-based solar power ground test facility - SpaceNews

  • China hits new milestone in space solar power project - CAE

  • China hits new milestone in space solar power project - People's Daily

  • Researchers Perform Space-Based Solar Power Multi-User Transmission Test

  • China looks set to build space solar power station - En.ncsti.gov.cn

  • China's Zhuri Project Advances Wireless Energy Transfer - D.T. Multi Tech

  • China hits new milestone in space solar power project - Global Times

  • China looks set to build space solar power station - China.org.cn

  • China is Beaming into the Space-Based Solar Power

  • China makes breakthrough in space solar power and wireless energy transmission

  • China hails latest breakthrough on space solar power technology

  • Chinese scientists make breakthrough in space-based wireless power transmission

  • Why China's space-based solar power is the next frontier of green energy

  • On Design and Verification of an Efficient Microwave Wireless Power Transmission System

  • Idea of space solar power station closer to reality

  • China makes breakthrough in space solar power and wireless energy transmission

  • China prepares ground recipient system for space-based solar power station

你发现了错误或不准确的地方吗?我们会尽快考虑您的意见。