中國地面微波能量傳輸測試:邁向軌道太陽能電站的重要一步

作者: Nataly Lemon

中國地面微波能量傳輸測試:邁向軌道太陽能電站的重要一步-1

由西安電子科技大學段寶岩院士領銜的團隊,近日展示了一套傳輸距離超過 100 公尺的千瓦級無線能量傳輸系統,這標誌著「逐日工程」(Zhuri)在地面驗證階段邁出了關鍵一步。

西安電子科技大學的研究團隊宣佈,其太空太陽能電站計畫取得了重大進展。在「逐日」計畫的框架下,團隊開發出一套地面驗證系統,能透過微波同時對多個移動目標傳輸電力。這是近期針對未來軌道太陽能電站所需技術,所進行最為具體的測試之一。

該系統已成功在約 100 公尺的距離內傳輸了 1180 瓦的電力,其直流對直流(DC-DC)效率達到 20.8%,波束收集效率則為 88%。在另一項實驗中,系統為 30 公尺外、時速 30 公里的移動無人機提供了 143 瓦的穩定電力。這些成果於 2026 年 5 月 18 日至 19 日期間公佈,代表了該計畫在關鍵技術上的進步,其遠景是計畫在地球同步軌道上部署大型太陽能電站。

計畫現狀
這是一套地面驗證系統,而非軌道原型機。相關研究已在該校進行多年:2022 年便建成了 75 公尺高的測試台。新階段則採用了具備多點傳輸能力且瞄準精度更高的高級系統。儘管如此,距離真正進入軌道並從數千公里外向地球傳輸能量仍有很長的路要走:目前規劃在 2030 年左右發射兆瓦級的軌道示範裝置,隨後再建立更大規模的系統。

運作原理
軌道上的太陽能電池板幾乎能全天候收集能量,且不受大氣層阻隔或夜晚影響。電力會被轉換為微波,以窄波束形式定向發射到地面的接收天線(整流天線),在那裡重新轉換為電能。本次測試的核心改進在於波束控制精度、降低損耗以及具備處理多個移動接收器的能力。這使該系統有別於早期傳輸距離較短且功率較低的實驗室測試。

主要挑戰
儘管取得了進展,但仍面臨一系列嚴峻障礙。

首先是規模化問題:從地面的 100 公尺跨越到地球同步軌道的 36,000 公里,這需要將波束極其精準地對準相對於地球移動的目標。

其次是效率問題:在短距離內僅 20.8% 的直流對直流效率,意味著在實際距離下損耗會更高,且系統整體的經濟可行性目前仍不明確。

第三是安全性:強大的微波束必須確保不會對接收區域內的航空飛行器、鳥類及人類造成危害。

第四則是巨型結構在軌道的發射與維護成本,以及法規與國際議題,包括軌道空間的使用與能量傳輸頻率的分配。

替代方案比較
中國正在開發的微波傳輸技術與雷射技術相比更為「成熟」:微波在特定頻率下能更好地穿透大氣層,且受天氣影響較小。然而,雷射系統可以使用更小的接收器。與地面太陽能發電搭配電池的方案相比,太空方案能提供持續發電,但需要龐大的初期投資。目前看來,小微型核反應爐(SMR)或具備儲能功能的地面再生能源,在未來幾十年內似乎更具現實意義。

前景展望
本次測試是一次重要的技術展示,證實了在微波波束控制與多點傳輸方面的進展。這讓中國距離建立衛星「軌道充電站」以及遠期的地球供電目標更近了一步。然而,從地面的千瓦級跨越到軌道的商業級吉瓦級,仍需經歷諸多工程與經濟階段的考驗。接下來的邏輯步驟將是擴大地面測試、優化長距離瞄準精度,並為軌道實驗做準備。該計畫仍是全球太空能源領域最雄心勃勃的項目之一,但其實際回報仍需時間與大量資源投入。

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來源

  • News.cgth

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