我们目前在地球上使用的太阳能供电设备，都会受昼夜、天气、季节变化等影响，很不稳定，导致太阳能利用率不高。但即将有一种设备，在99%的时间里都可以稳定接收太阳辐射，供电量甚至远超“三峡工程”。它就是“空间太阳能站”，虽然这项工程还在研究中，但中国空间站建成已成既定事实，相信在不久的将来，中国将会成为少数掌握这项技术的国家之一。

空间太阳能站的想法从何而来？

太阳内部进行着剧烈的氢聚变成氦的核反应，并不断向宇宙空间辐射出巨大能量。太阳内部辐射热核反应足以维持600亿年。因此对于人类来说，太阳能是取之不尽，用之不竭的，它的广泛性、清洁性都比化石燃料和核燃料强。不过人类目前对太阳能的利用率还不到20%，如果人类对太阳能的利用率达到50%，那么人类发展可能展开新的纪元。

当然，太空电站这个设想不是凭空而来，也不是最近才出现的。早在上世纪90年代，太空电站这个设想就出现了。

1881年，著名的电气工程师给美国的电气工程学会写了一封信，他说，宇宙中充满了动态能量，我们现在应该考虑让我们的机器去利用这种伟大的自然之力。特斯拉大概的意思就是，既然我们周围存在着电磁波，太空中也充斥着宇宙射线，它们多多少少都携带着能量，所以人们要做到的就是要找到合适的办法来接收和利用这些能量。

尼古拉·特斯拉

在特斯拉的这一理论问世几十年后的1968年，美国麻省里特子均公司的工程师，彼得·格拉泽提出了建设太空电站的构想。他的想法是把一座太阳能发电站送到离地面36000千米的地球静止轨道上。让巨大的太阳能电池板直接在太空中吸收太阳能，然后让太阳能穿过大气层输送到地面使用。

格雷泽博士提出的空间太阳能电站设想

在当时，格拉泽的想法可谓是非常大胆，但他提出这一构想时，全球正面临着石油危机，太空电站的建设就显得非常诱人。

于是美国科学家在经过近十年的论证后，终于在1979年提出了一个名为“1979SPS基准系统”的太空电站方案，并计划斥资2500亿美元将这个计划实现。然而理想很丰满，现实很骨感。格拉泽策划的太空电站重达5万吨，仅太阳能电池板的空间面积就达到了50多平方千米，向地球运输电力的微波发射天线的直径都宽达1千米。

SPS系统型号3

先别说当时美国的航天飞机还未正式投入使用，即使能够使用了，30吨的载量也需要航天飞机运送1000多次才能完成。这个项目就不得不搁置。

20世纪末，太空电站的构想再次被美国军政当局提上了议事日程，计划到21世纪中叶也就是2050年前将自己的太空电站部署在轨道上。在美国忙于研究的这二十多年里，其他国家也对太空电站的构想很感兴趣，欧盟、俄罗斯、日本等国家都纷纷启动了自己的太空电站计划。

整个传输装置的原理图

1990年，日本正式提出建立太空电站的设想，计划将一枚太阳能发电卫星送到距离地面1100千米的轨道上，并将这枚卫星命名为SPS2000。1993年，日本用探测火箭进行了一次微波输电实验。

太空电站长什么样？它怎样将太阳能源送到地球？

• 日本的设计构思

太空电站的完整建设项目可以说就是日本定下来的，计划是在地球的静止轨道上，距离地球约3.6万公里。日本的目的是建造一个发电量为10亿千瓦的太空发电站，为此多个机构研究所的研究人员集思广益，提出了多个设计方案。

日本宇宙航空研究开发机构的研究院设计的太阳能电池板像是两面巨大的镜子，这两面“镜子”直径为1.25公里，将太阳光聚集到上面后，通过微波传输器将能量传输到地球。

• 美国的设计构思

1999年，美国展示出了新的研究结果，空间太阳能电源探索研究和技术计划（SERT），这个计划不但继承了二十年前的研究，还提出了新的集成对称聚光系统，展开了子系统的设计与可行性分析。

SERT系统采用了汇聚的手段，通过两侧的大型薄膜聚光系统汇聚太阳光，相比日本其优势在于，可以控制板面，不断指向太阳，最大限度地收集太阳光束。汇集之后产生电能，再将电能转化为微波传输到地面。（美国还有太阳帆塔项目Suntower，限于篇幅不具体介绍，感兴趣的可以自行了解。）

SERT系统构思图

微波传输有多厉害？

无论是最初格拉泽的设想，还是美日两国的项目，都提到了使用微波传输的概念，那么这个微波传输是怎么进行的，它有多厉害呢？

微波就是指频率在300MHz~300GHz之间的电磁波，微波无线输电就是通过能量转换装置将收集到的电能转化为电磁波，它的优点是传输距离远，功率大，而且能量传输系统是无质量的。它不但能以光速传输能量，能量传输的方向也可以迅速变换。

微波传输到地面动图

因此，世界上正在规划的太空电站项目，基本上都是使用相同的套路。

首先在轨道上建立太阳能电站，电站基本是由多块小型太阳能电池板组成两块大型的电池板，两块电池板中间连接着的就是能量转换装置。先由电池板将太阳能收集起来转化为电能，再通过能量转换装置将电能转换为微波，微波传到地面设备后，再由另一个转换装置将微波转换成电能，如此一来就可以持续地为地面供电。

太空电站中的电能进入到城市的过程

中国的太空电站项目也不甘落后

值得高兴的是，中国的载人航天、探月工程、火星探测、空间站等空间技术在有条不紊地发展的同时，太空电站计划我们也不甘落后。

2008年，我国空间技术研究院就计划，到2035年建成一个200MW（兆瓦）级的太空太阳能发电站。国家也将太空电站列为重点研究项目，已经在无线能源方面取得了一系列重大突破。并且中国将投资2亿元人民币在中国西南部的重庆市璧山区建立一个测试基地，用于研究大功率无线电能源传输以及对环境的影响。

太空太阳能实验基地鸟瞰模拟图

终于，2021年6月，这个工程开建了，这个基地的名称叫做“空间太阳能实验基地”，整个基地总投资26亿元人民币，目前已经获得了初期投资约1亿元人民币。

基地占地面积超246亩，其中包括33亩核心实验区，106亩试验区，167亩外围建设区。将在这些区域内建造升空试验场地、气球平台调试场、太阳能发电站实验科普综合楼、试验平台、太空育种区等。

核心试验区模拟动图

• 为什么会选择重庆璧山呢？

从自然条件上来看，基地周围三面环山，这个位置日照充足，云雾较少，无霜期长，而且气候湿，对各项实验都有利。

• 太空电站建成后，将对我们的生活带来怎样的好处？

太空电站能够实现超远距离的电力调度。太空电站产生的微波可以直接反射到最需要电力的地方，比如高原、山村等偏远地区，无需通过电网跨省调度，不用再受到电网传输能力的限制。

太空电站或许能够干预台风走向，理论上，通过调节微波的评论，太空电站能够对热带气旋的走向和强度进行干预和调节，让台风无法登陆沿海城市。

太空电站定向输电模拟图

太空电站项目虽然看似触手可及，但想要达到预想中的效果，还有一些技术难题需要攻克。一、建造载量超大的运载火箭；二、在太空中组装起电站的技术、三、微波超长距离传输的可行性研究；四、空间电站带来的其他影响。

不过，太空电站研究基地已经在建设中，建设完成正式投入使用后，相关的技术难题总有一天会被我们攻破。目前，美国、日本、俄罗斯、欧盟都想抢先掌握这项技术，不过闪电哥对此完全有信心。中国空间站都要在2年内建设完成了，空间电站，还会远吗？