中國首個空間太陽能電站實驗基地落戶重慶
璧山空間太陽能電站實驗基地專案鳥瞰圖。璧山區委宣傳部供圖
說起太陽能電站大家都不陌生，可是現在中國的科學家們，將把這個碩大的電站搬到36000公里外的太空去。昨天，我國首個空間太陽能電站實驗基地正式落戶璧山。
為實現這個被稱為新時期航天和新能源領域的“曼哈頓工程”，包括中國科學院院士包為民、中國工程院院士段寶巖、楊士中等在內的百餘位專家齊聚重慶璧山拉開了實驗基地建設的序幕。
空間太陽能電站構想最早由美國科學家格拉塞於1968年提出，即在地球軌道上建立太陽能電站，並通過無線傳輸方式持續向地面提供電力的發電系統。與地面太陽能電站相比，空間太陽能電站不受晝夜、天氣等自然因素影響，對太陽能的利用率也更高。
據中國工程院院士、重慶大學教授楊士中介紹，每平方米太陽能電池在我國西北地區的最高發電功率約0.4千瓦，在平流層的發電功率達7千瓦-8千瓦，而在距離地球表面約3.6萬公里的地球同步軌道上，發電功率可達10千瓦-14千瓦。
中國科學院院士、中國航天科技集團科技委主任包為民說，目前中國、美國、日本等都提出了空間太陽能電站發展計劃，但都處於基礎研究階段。空間太陽能電站需要解決三個關鍵問題：一是如何通過大型運載火箭將發電裝置運送至地球同步軌道並組裝發電，二是如何將電能傳輸到地面，三是如何保障裝置執行安全和環境安全。“目前這三個問題都還處在基礎性探索中。”他說。
即將啟動建設的璧山空間太陽能電站實驗基地專案選址位於璧山區福祿鎮和平村，地形三面環山。據悉，2019-2020年為實驗基地建設期，將投資2億元建設升空實驗場地、氣球平臺除錯大廳、實驗樓、鐵塔等設施，並通過高度50-300米的浮空平臺開展微波傳能實驗；2021-2025年將建設中小規模平流層太陽能電站並實現併網發電；2025年後開始大規模空間太陽能電站系統相關工作。
包為民：用太空3D列印技術在外太空建電站
人物簡介：包為民，中國科學院院士，中國航天科技集團科技委主任。制導與控制專家，中國航天運載器總體及控制系統領域的學術帶頭人，國防科技工業有突出貢獻中青年專家。
地面也能用太陽能發電，為什麼要把電站建到太空去？如何在太空修建幾個足球場面積大的電站？發好的電又如何傳輸回地球使用？璧山的實驗基地又將完成什麼樣的任務？面對這一系列問題，包為民接受本報記者專訪，逐一揭開這個“科幻鉅製”背後的祕密。
為何要去太空建電站？太陽能豐富！
為什麼要把電站建到距地球36000公里的外太空去？
“我舉個例子，在地面，哪怕是光照很好的西北地區，我們建一個太陽能電站，在中午太陽直射的時候，一般每平方米只能產生0.4千瓦的電力，如果是在光照不好的重慶，恐怕只有0.1千瓦，但在太空裡，這個數字將擴大幾十倍，也就是說，每平方米最少能達到8、9千瓦。”
因此，要最好地利用太陽能，走進太空是最佳選擇。
為何會有如此之大的差別？包為民笑著指指頭頂的天空，“對流層，也就是人們口中的大氣層，就是它，讓大量的太陽能被隔絕在了地球之外。”
電站如何建？太空3D列印技術！
作為中國航天運載器總體及控制系統領域的學術帶頭人，如何在外太空建電站，無疑是包為民考慮得最多的問題。
“為了更好地將電力傳輸回地球，我們將電站最後所在的位置，定在了距地球36000公里外的同步軌道之上。這樣，點對點的傳輸才能更加穩定的進行。”
36000公里外的太空，完全的失重狀態下，怎麼才能建起幾個足球場一般大小的電站呢？
太空製造，包為民提出了一個新詞彙。這個太空製造不僅包括太空組裝技術，還包括非常重要的太空3D列印技術。
“太空3D列印所需要的材料非常輕，完全可以用火箭送往太空完成，這樣，在太空建設電站，才能變為現實。”
電怎麼送回地球？通過微波傳輸！
位於36000公里的太空太陽能電站發好了電，又如何送回地球呢？
對此，包為民表示，這一技術方案已經初步得到確定——微波傳輸。
而在重慶璧山所設立的實驗基地，就是為了微波傳輸的前期演示模擬和驗證。
璧山的實驗基地選擇在一個山凹中建設，在周圍的山頂上，科學家們將搭建起4座鐵塔，用鋼索將傳送升空的航空氣球和地面連線，進行微波傳輸的實驗。
“現在航空氣球已經買回來了，只待基地建成就可以開始一系列的實驗工作。”
楊士中：用航空飛艇氣球先在平流層做前期試驗
人物簡介：楊士中，中國工程院院士，國家“211工程”運載器測控及遙感資訊傳輸技術重點學科和國家“985工程”科技創新平臺測控及遙感資訊傳輸研究院首席科學家。
根據我國有關專家組論證建議，我國力爭實現“2030年開始建設兆瓦級空間太陽能試驗電站，2050年前具備建設吉瓦級商業空間太陽能電站的能力”的中、遠期目標。
“幾十年後的東西，如何讓現在的人們明白我們在做什麼？科研是用的納稅人的錢，我們得有個交待，所以我們提出了一個短期設想。”
這個方法是什麼？“學曹操將小船捆在一起建船陣，我們可以將航空飛艇或者氣球捆在一起組陣托起太陽能面板，進行一系列的前期實驗，甚至用它們在平流層中，先建立起一個簡單的太陽能電站。”
作為運載器測控及遙感資訊傳輸技術的專家，楊士中將成為璧山實驗室實驗工作的主要承擔者。
航空飛艇氣球組陣怎麼完成？昨天，楊士中揭開了謎底。
高空實驗怎麼做？用航空飛艇氣球！
“我已經從湖北買回三個直徑8米的航空氣球，準備在璧山進行實驗。”楊士中說。
要在太空建電站，大面積的太陽能面板肯定是最重要的部件之一，飄飄忽忽的氣球看起來好像根本不能完成這樣的任務。
對此，楊士中說，對，一個不行，幾個呢？
在楊士中計劃中，三個航空氣球就可以開始前期的演示模擬和驗證工作。
方法是什麼？“學曹操啊，他當年建不起航空母艦，可他卻把所有的小船用鐵索連在了一起，士兵們可以在上面進行操練。我們就把氣球和飛艇連在一起，用它們托起太陽能面板。”
楊士中說，初期投入實驗的只有幾個氣球，但到後期，完全可以購買更多的氣球來實現空間太陽能發電。
“目前的航空氣球和飛艇已經可以到達數十公里的高空之中，在那裡，每平米就已經可以產生8、9千瓦的電力，已經超過地球的數十倍了。”
實驗解決何問題？突破微波傳輸距離
選在日照並不是太好的重慶設立實驗基地，難道不怕太陽能面板晒不到太陽？
面對這個問題，楊士中笑了，“重慶和臨近的貴陽一樣，都是‘貴陽’，到了冬天，陽光總是很稀少的。但是，實驗都是在雲層之外去完成。穿過雲層之後，哪裡都是陽光明媚，重慶也一樣。”
按照楊士中的規劃，第一步，他們將把氣球放到300米的高空中，下一步，氣球將進入兩公里高的空中進一步進行實驗，最後，科學家們才會將氣球放入平流層中，去實現對太陽能的更多利用。
“我們的主要目的，就是實現空間太陽能電站中最關鍵一步的突破——微波傳輸。目前，日本已經實現了50米的微波傳輸，但這遠遠達不到空間太陽能電站的要求，我們希望能在璧山，在這個傳輸距離上有所突破。”
段寶巖：用球形聚光方式讓太陽能利用率更高
人物簡介：段寶巖，中國工程院院士，973專案首席科學家，總裝備部衛星有效載荷專家組成員。主持了國家科教領導小組審議批准的國家九大科技基礎設施之一——500米口徑球面射電望遠鏡的總體設計。
要在空間太陽能電站領域實現世界同步乃至世界領先，其技術勢必是“中國造”。而作為國家九大科技基礎設施之一——500米口徑球面射電望遠鏡的總體設計者，中國工程院院士段寶巖，已經將光電轉化領域的技術實現世界領先。
“屆時的太陽能面板，將不再是一塊平板了，而是一個球體。”段寶巖說，用球形聚光的方式可以避免系統在軌道上的大慣量、大範圍旋轉，同時聚光帶來了太陽能光伏電池面積的減小，單位接收的光會更多，利用效率也將更高。
1968年格拉塞博士提出了空間太陽能發電站方案，這一設想是建立在一個極其巨大的太陽能電池陣的基礎上，由它來聚集大量的陽光，利用光電轉換原理達到發電的目的。所產生的電能將以微波形式傳輸到地球上，然後通過天線接收經整流轉變成電能，送入全國供電網。
段寶巖說，但由於難度大，效率低、成本高等問題難以解決，因而遲遲未實施。而在此領域，我們國家正在從追趕向著超越的方向發展。
在段寶巖院士的帶領下，西安電子科技大學機電科技研究所（以下簡稱機電所）暨電子裝備結構設計教育部重點實驗室，長期以來對空間太陽能電站設計方案和相關理論技術進行了深入而系統的研究。
在針對國內外提出的多個空間太陽能電站方案系統分析與論證的基礎上，於2014年9月提出了一種高效、穩定、易控的空間太陽能電站創新設計方案---OMEGA（Orb-shapeMembraneEnergyGatheringArray）。
國家對此高度關注，專門組織專家予以論證，並列入國家國防科工局“十三五”重點研發計劃的支援專案中。