世界首个，中国空间太阳能项目通过验收：此空间非彼“空间”

中国空间太阳能项目

“逐日工程”通过验收

2022年6月5日，西安电子科技大学段宝岩院士带领的“逐日工程”研究团队取得阶段性成果，世界首个全链路全系统的空间太阳能电站地面验证系统顺利通过专家组验收。这一验证系统突破并验证了微波转换、微波发射等多项关键技术。

该项目成果总体处于国际先进水平，其中欧米伽光机电集成设计、55米传输距离的微波功率无线传输效率、微波波束收集效率、聚光与天线等高精度结构系统功质比等主要技术指标位居国际领先水平。该成果对我国下一代微波功率无线传输技术与空间太阳能电站理论与技术的发展具有支撑性、引领性，应用前景十分广阔。

空间太阳能电站是个啥

空间太阳能电站

空间太阳能电站英文缩写SSPS（space solar power station）凝聚了半个多世纪以来地球上最聪慧的脑细胞持之以恒的思考与努力。简单讲，其主要由“发”“送”“收”三部分组成。首先在太空中通过大型太阳能电池阵列将太阳能转化为电能，继而将电能转化为微波，接着通过微波发射天线将能量传输到接收天线，最后由接收天线将接收到的微波转化为电能，供用户使用。一句话概括，这是一套在地球轨道上收集太阳能，再无线传输到接收天线的发电系统。

欧米伽空间太阳能电站方案

欧米伽方案利用了球形聚光器线聚焦域的特点，将聚光器设计为任意轴对称的回转体，采用线馈源聚焦。课题组通过微波菲涅尔场理论的初步分析，计算出了收、发天线系统规模，估算了相关系统参数指标。此外，设计了一种无线耦合的方式进行能量传输管理结构，光电转换所获得的直流电可通过传输电缆，送至高功率微波发射天线。发射天线通过大跨度调整索连接于主反射体“南北极”区域，连接结构的质量可大幅度降低。

不止一国发力空间太阳能

“空间太阳能电站研究，目前在全世界是一个热点。”段宝岩院士介绍说。据了解，自1968年美国人彼得?格拉泽提出建设太空电站的构想之后，先后已有美国国家航空航天局（NASA）与能源部联合启动并资助的“1979 SPS基准系统”，欧洲启动的“空间探索与利用的系统、概念、结构和技术”研究等。

目前，在众多技术强国的发展路线图中，日本后来居上，已经成为走在世界最前沿的研究者之一。他们在世界上第一个将空间太阳能电站正式列入了国家航天计划，还提出了独特的分布式绳系太阳能电站理念，制定了“研究-研发-商业”三阶段的远景发展路线图。

2015年，日本研究者开展了55米距离的微波无线传能实验，验证了基于5.8吉赫频率、固态源和相控阵体制下的传输，传输效率为9.88%，在微波无线能量传输技术方面暂时处于世界领先地位。“但日本的这种试验系统依然不是全链路的，缺少了从光到电的过程，他们的技术优势集中在从发射天线到接收天线这一链路。”段宝岩介绍说，“而西电搭建的这个地面验证系统，是全链路全系统的，实现了从跟日、聚光、光电转换、微波发射到微波接收整流等完整过程。”

2017年，国家成立空间太阳能电站推进委员会。一年后，我国首个空间太阳能电站领域的省部级重点实验室“陕西省空间太阳能电站系统重点实验室”在西电挂牌。2021年中国宇航学会空间太阳能专委会成立。2018年12月23日，在“空间太阳能电站系统项目”启动仪式暨高峰论坛上，西电空间太阳能电站研究项目被命名为“逐日工程”。在顺利完成了理论研究计算、室内传能验证之后，段宝岩研究团队拉开了“逐日工程”空间太阳能电站的户外地面验证挑战序幕。

中国空间太阳能电池

国际上只有中国、美国、日本等少数几个国家真正开展空间太阳能电站地面验证。而在我国，有多只团队也在紧锣密鼓地开展相关试验。在太空中建设太阳能电站，听起来很科幻，现实同样不容易。早在2010年8月，在中国空间技术研究院举办的空间太阳能电站技术研讨会上，12位院士和百余位相关领域专家提出了我国空间太阳能电站发展路线图。

根据路线图，2030年开始我国将建设兆瓦级小型空间太阳能试验电站，到2050年具备建设吉瓦级商业空间太阳能电站的能力。其中第一阶段又具体分三步，首先开展关键技术的地面及浮空器试验验证，其次开展高空超高压发电输电验证，最终开展空间无线传能试验。

考虑到目前的技术水平及条件受限，直接在3.6万公里的同步轨道做试验还不现实，就先在平流层建立起一个简单的太阳能电站。根据其计划，第一步先将气球放到300米低空开展试验；下一步再让气球升到2千米高空；最后，才会将气球平台升入平流层中，建立平流层太阳能电站，实现平流层的太阳能收集、储能，并以微波和激光的方式向无人机充电及地面的应急供电。

而后者是一种基于球面线聚焦原理的聚光方案。所以现在西安电子科技大学校园内，一座巨大的三角形塔拔地而起。在塔中心，距离地面55米高处有四个半球面的聚光装置，每个直径约6.7米。当太阳光射入球形反射面上后，会汇集到一个固定的聚光区，再通过太阳能电池产生直流电，随后转成微波，通过发射天线传输到地面。

所有太阳能

都逃不开的镀膜问题

从普通太阳能到空间太阳能，都离不开表面镀膜：目前所有的技术方法，都不能很好的解决镀膜膜层均匀性的问题。喷涂法镀膜过程中，喷中心镀膜液富集多，造成花斑；表面刻蚀法因压花玻璃表面成分难以均一，导致刻蚀反应的速度不一致造成膜厚不均匀；即使均匀性辊涂法，受制于玻璃厚薄差、辊道传输抖动等多种因素的制约，也难以达到高精度的一致性。在镀膜均匀性无法进一步提高的情况下，其结果一方面造成组件的色差影响外观，另一方面由于镀膜玻璃各区域透光率不一致造成热斑效应，影响组件的耐久性。

针对这一问题，在制备太阳能电池时，一般是需要使用真空镀膜手套箱的：由真空镀膜系统和真空手套箱系统集成而成，可在高真空蒸镀腔室中完成薄膜蒸镀，并在手套箱高纯惰性气体氛围下进行样品的存放、制备以及蒸镀后样品的检测。在手套箱氮气环境里里旋涂钙钛矿前驱液，避免接触水和空气，可以直接通过连接藏舱将制备好的钙钛矿电池传到蒸发舱里，蒸发电极，全程实验都可以做到无水无氧的环境下操作。

方腔室自动门热蒸发镀膜机嵌入手套箱内，配套膜厚仪，分子泵，机械泵，4个蒸发源，合理的蒸发源布局，保证每个蒸发源到基片的距离完全一样，提高了成膜质量和均匀性；整套系统由真空镀膜系统和手套箱系统集成而成，可在高真空蒸镀腔室中完成薄膜蒸镀，并在手套箱高纯惰性气体氛围下进行样品的存放、制备以及蒸镀后样品的检测。主要用于太阳能电池钙钛矿、OLED和PLED、半导体制备等实验研究与应用。

逐日，是一个很好的寓意

象征着我们追求太阳能的准求

也希望这一工程带给我们更多惊喜

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