2022年6月5日，從西安電子科技大學(xué)段寶巖院士帶領(lǐng)的“逐日工程”研究團隊傳來好消息，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)順利通過專家組驗收。這一驗證系統(tǒng)突破并驗證了高效率聚光與光電轉(zhuǎn)換、微波轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)設(shè)計等多項關(guān)鍵技術(shù)。
當(dāng)天上午，在經(jīng)過了深入、細(xì)致的現(xiàn)場考察、咨詢交流等環(huán)節(jié)后，以吳一戎院士為組長、包括另外三位院士在內(nèi)的九位專家組成的評價組一致認(rèn)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(shè)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(jié)構(gòu)系統(tǒng)功質(zhì)比等主要技術(shù)指標(biāo)位居國際領(lǐng)先水平。該成果對我國下一代微波功率無線傳輸技術(shù)與空間太陽能電站理論與技術(shù)的發(fā)展具有支撐性、引領(lǐng)性，應(yīng)用前景十分廣闊。
全鏈路全系統(tǒng)地面驗證系統(tǒng)
驗證了完整過程
測試成功時間比原定技術(shù)路線節(jié)點
提前了近三年
OMEGA--SSPS地面試驗驗證系統(tǒng)
“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75m高的鋼結(jié)構(gòu)，驗證系統(tǒng)主要包括五大子系統(tǒng)：歐米伽聚光與光電轉(zhuǎn)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(jù)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(zhuǎn)化為直流電能。隨后，通過電源管理模塊，四個聚光系統(tǒng)轉(zhuǎn)換得到的電能匯聚到中間發(fā)射天線，經(jīng)過振蕩器和放大器等模塊，電能被進一步轉(zhuǎn)化為微波，利用無線傳輸?shù)男问桨l(fā)射到接收天線。最后，接收天線將微波整流再次轉(zhuǎn)換成直流電，供給負(fù)載。
光匯聚與光電轉(zhuǎn)換情況實驗
張逸群教授正在懸吊狀態(tài)下逐個測量歐米伽聚光器線饋源光伏電池表面入射光強度
許多了不起的成就，其實都靠點點滴滴的細(xì)小努力積累而成的。“逐日工程”這個空間太陽能電站地面驗證系統(tǒng)，就是在段寶巖院士親自示范帶動下，經(jīng)過項目組幾十上百名師生精誠協(xié)作，一點一滴搭建起來的。2022年6月5日，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，這個時間比原定的技術(shù)路線節(jié)點提前了近三年。
項目正發(fā)揮著
“技術(shù)工具包”和“人才演兵場”作用
空間太陽能電站研究是一個能源領(lǐng)域的“曼哈頓工程”，涉及的技術(shù)領(lǐng)域非常之多。作為“逐日工程”首席科學(xué)家，段寶巖院士深知，最終實現(xiàn)天地之間的傳輸需要幾代人的接續(xù)奮斗。段寶巖說：“打個比方，天地傳輸就像是共同富裕一樣，那是終極目標(biāo)，一定需要很多年很多人的努力才能實現(xiàn)，但我們可以從現(xiàn)在就開始研究，從最為可能實現(xiàn)的地方做起。這樣做的好處，就是可以讓一部分'人’先富起來?！?/span>
逐日工程發(fā)射與接收天線
相關(guān)知識
空間太陽能電站。空間太陽能電站英文縮寫SSPS（space solar power station）凝聚了半個多世紀(jì)以來地球上最聰慧的腦細(xì)胞持之以恒的思考與努力。簡單講，其主要由“發(fā)”“送”“收”三部分組成。首先在太空中通過大型太陽能電池陣列將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，繼而將電能轉(zhuǎn)化為微波，接著通過微波發(fā)射天線將能量傳輸?shù)浇邮仗炀€，最后由接收天線將接收到的微波轉(zhuǎn)化為電能，供用戶使用。一句話概括，這是一套在地球軌道上收集太陽能，再無線傳輸?shù)浇邮仗炀€的發(fā)電系統(tǒng)。
歐米伽空間太陽能電站方案。歐米伽方案利用了球形聚光器線聚焦域的特點，將聚光器設(shè)計為任意軸對稱的回轉(zhuǎn)體，采用線饋源聚焦。課題組通過微波菲涅爾場理論的初步分析，計算出了收、發(fā)天線系統(tǒng)規(guī)模，估算了相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)指標(biāo)。此外，設(shè)計了一種無線耦合的方式進行能量傳輸管理結(jié)構(gòu)，光電轉(zhuǎn)換所獲得的直流電可通過傳輸電纜，送至高功率微波發(fā)射天線。發(fā)射天線通過大跨度調(diào)整索連接于主反射體“南北極”區(qū)域，連接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量可大幅度降低。
歐米伽空間太陽能電站方案三大創(chuàng)新點。一是提出了歐米伽空間太陽能電站（SSPS-OMEGA）創(chuàng)新設(shè)計方案，包括：聚光與微波系統(tǒng)分布式設(shè)計、“球面-線聚焦”聚光模式等，可為我國未來建造空間太陽能電站提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。二是建立了多物理場耦合理論模型，揭示了空間復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境因素對微波功率無線傳輸效率的影響機理，提出了基于場耦合理論模型與影響機理的系統(tǒng)設(shè)計理論與方法，為該項目的成功研制奠定了理論基礎(chǔ)。三是突破并驗證了高效率聚光與光電轉(zhuǎn)換、微波轉(zhuǎn)換、微波發(fā)射與波形優(yōu)化、微波波束指向測量與控制、微波接收與整流以及高精度機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造等多項關(guān)鍵技術(shù)，微波波束收集效率、微波功率無線傳輸效率、功質(zhì)比等等主要技術(shù)指標(biāo)位居國際領(lǐng)先水平。
來源：西安電子科技大學(xué) 撰稿：關(guān)宏才
