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心智观察所：中国科学家提出全新太空太阳能电站设计，有望根本解决全球能源问题
【文/观察者网专栏作者 心智观察所】
在全球能源短缺和环保压力日益增加的背景下，中国科学家提出了一种突破性的空间太阳能电站设计方案，有望成为人类未来重要的能源来源。
心智观察所注意到，沈阳航空航天大学杨靖宇研究团队日前在学术期刊《中国空间科学技术》上披露了其最新研究成果。这项被命名为"SSPS-CMCA"（圆柱形模块化空间太阳能电站）的设计，通过全面分析现有太阳能电站技术，整合各国方案优点，提出了一种高可行性、高扩展性的工程解决方案。
空间太阳能电站（SSPS）概念最早由美国科学家Peter Glaser博士提出，它通过在太空中收集太阳能，转化为电能后以微波形式传输至地面，可以24小时不间断地为地球提供清洁能源。
然而半个多世纪过去了，这一宏伟设想仍停留在概念阶段。研究人员发现，现有的大多数SSPS设计方案虽然在理论上可行，但缺乏全面性考虑，并且由于体积重量巨大，在实际工程中难以实现。
沈阳航空航天大学研究团队通过对美国、日本、欧洲和中国现有的SSPS方案进行全面评估，分析了各方案在外形配置、聚光性、姿态控制、振动控制等关键技术指标上的可行性。
经过分析，最终确定了结合所有优势特点的最佳方案组合，研究团队表示，该组合"几乎结合了现有所有方案的优点，且在技术上不需要跨时代的突破。"
SSPS-CMCA方案最大的特点是采用了模块化设计，将大型系统拆解为多个可独立运行的发电子卫星、微波传输子卫星系统。这种设计大幅降低了建造难度，同时提高了系统的可靠性和可维修性。
传统SSPS方案面临的最大挑战之一是姿态控制问题。太阳能电池板需要对准太阳以收集能量，而微波传输天线则需要对准地球。这两个方向通常不一致，导致卫星需要频繁调整姿态。
SSPS-CMCA方案通过创新性地采用圆柱形聚光设计，巧妙地解决了这一问题。研究人员在系统外侧布置了环形超表面材料阵列，这种特殊材料能将任意角度入射的太阳光转向垂直于表面的方向，使光线汇聚到内圈的光伏发电板上。
这种设计彻底消除了对日定向控制的需求，同时，用于传输电能的相控天线阵列可以通过软件进行角度控制，从而实现极快的角度切换和对地定向，并减少了对卫星姿态控制的需求。
在热控方面，研究团队提出了一种基于全谱选择性薄膜的光子冷却器，可以有效抑制太阳能电池阵的温度上升，保障系统的稳定运行。
与以往的概念性研究不同，SSPS-CMCA方案提供了从地面实验到太空建设的全流程工程实施方案。
研究人员设计了三阶段发展路线：首先进行地面技术验证，建造尺寸较小的原型系统；其次在低地球轨道部署小功率实验卫星；最后在地球同步轨道建造大功率SSPS系统。
"模块化的设计极大地降低了工程实施和测试的难度，"研究团队指出，"测试时仅需制造两个发电子卫星和一个微波传能子卫星，即可完成所有的地面实验。"
SSPS-CMCA的价值不仅限于能源领域。研究人员指出，其模块化设计使其具有极佳的扩展性，可以发展为下一代国际空间站、太空补给站或空间科研平台。
标签 心智观察所- 原标题：中国科学家提出全新太空太阳能电站设计，有望根本解决全球能源问题
- 责任编辑: 李昊
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最热 最早 最新- 铮言无忌文中称:采用5.8GHz频段的微波传输技术，对应的地面接收阵列设计为长3.2公里、宽3公里的长方形阵列。接收功率0.25吉瓦。文中没有给出微波传输过程中的损耗，既使按0.25吉瓦比较，同样3.2✘3公里面积硅太阳能板的发电功率是1.5-1.9吉瓦，而且成本比太空发电低太多了(还未含研发费用)。我国还有大面积的沙漠、戈壁滩未利用，其它低成本的新能源发电正在蓬勃发展，还是不要将有限的资金投在太空发电上。还有，把这么多的装置送上天去，能量消耗也会不老少的吧？值得不值得呢？
- guan_17084606072775会不会把阳光给挡住了呀？我觉得用在月球上更好，月球不是有一面永远都对着太阳的吗？这种幼稚级别的问题也同样是我能理解的极限，那些技术细节看得头晕。
只是你把装置推到月球上以避免遮挡地面，那微波送能的距离不是大大加长了吗？不会没有能损吧？是不是得不偿失呢？ - 全部楼层寻觅小船只有这样，中国的科技刊物才会影响世界。这样中文汉语汉字的层级权重才能更快恢复到最高端
- 全部楼层乐正初一是有一面永远对着地球……呃。。。记错了😀
- 还是建戴森球吧，解锁飞升天赋：星河奇迹并研究科技：戴森球，可以建设在任何没有宜居星球的恒星系中的恒星上，该恒星系不可以是双星或三星系统，兴建一个完整的戴森球造价为合金55000，凝聚力26000，耗时55年。
基址需要5年，阶段一（框架）到阶段五（完工）每个阶段需要10年。戴森球框架阶段不发电，之后每一阶段增加产出能量1000，完工后产出能量4000。 - guan_17084606072775会不会把阳光给挡住了呀？我觉得用在月球上更好，月球不是有一面永远都对着太阳的吗？想多了，那么远的距离，你都不一定看得见，如果真能影响到咱们晒太阳了，那更是好事，说明能量的吸收量非常可观，而且也可以选择那些没什么人的轨道和位置
- guan_17084606072775会不会把阳光给挡住了呀？我觉得用在月球上更好，月球不是有一面永远都对着太阳的吗？是有一面永远对着地球……
- 会不会把阳光给挡住了呀？我觉得用在月球上更好，月球不是有一面永远都对着太阳的吗？
- 1. 理论可能
2. 工程难度
3. 商业价值 - 文中称:采用5.8GHz频段的微波传输技术，对应的地面接收阵列设计为长3.2公里、宽3公里的长方形阵列。接收功率0.25吉瓦。文中没有给出微波传输过程中的损耗，既使按0.25吉瓦比较，同样3.2✘3公里面积硅太阳能板的发电功率是1.5-1.9吉瓦，而且成本比太空发电低太多了(还未含研发费用)。我国还有大面积的沙漠、戈壁滩未利用，其它低成本的新能源发电正在蓬勃发展，还是不要将有限的资金投在太空发电上。
- 这亇厉害，解决了太空能源问题，配上激光器或高能粒子束发生器，妥妥星球大战。呀，说错了，是民用发电。
- 天基武器。。。卫星射线。。😀
- 真过滤了？
- 真知灼见“解决全球问题” ？理想过于远大。或许换一个称呼真能解决“全球问题”，比如“太阳武器”？
- 锐评
吓的米帝一激灵，这微波理论上想聚焦哪里就哪里…🤣007黄金眼 - 全部楼层guan_16297828981871在太空发电没问题，问题是如何在地球上接受电力。
微波能量在空气中的传输损耗较大，传输距离较短。微波能量传输中的能量损耗主要来源于自由空间损耗、大气损耗和雨衰等因素。
在自由空间中，微波的传播损耗可以通过公式 Lfs=32.44+20lg d(km)+20lg f(MHz)来计算，其中 Lfs是传输损耗，d 是传输距离，f 是工作频率。这个公式表明传输损耗与工作频率和传播距离有关，当频率或距离增加一倍时，损耗会增加6dB。
影响微波能量传输距离的主要因素包括发射功率、接收灵敏度和工作频率。发射功率越高，传输距离越远；接收灵敏度越高，能够接收到的微弱信号越强；工作频率越高，传输损耗越大。
微波能量传输的应用实例包括5G移动通信的毫米波技术和航天飞机的能量供应。
2020年5月，美国防部在第6次发射升空的X-37B太空飞机上搭载了边长为30厘米的光伏射频天线模块，开展天基太阳能发电实验，成功产生了10瓦左右的能量。
三菱重工将在2030年至2040年将微波能量传输技术应用于太空太阳能发电系统。欧盟于2002年构建了欧洲研究网络，计划用30年时间探索太空太阳能发电技术。英国于2022年宣布拟投资160亿英镑在太空建造太阳能发电站，其直径为1.7千米，重约2000吨，拟于2040年建成运行，将为英国提供2吉瓦的电力。
虽然各国对微波输能雄心勃勃，但这项技术目前仍然处于构想和试验阶段。远距离微波能量传输不仅要考虑能量损耗、也要考虑对地球大气层、生态、飞行器、通信、人类健康等方面的影响。这些目前都是未知数。如此一来，把那玩意作为一种气象武器更为有可能。想象一下，微波传输中损失的大量的能量如果部分被大气吸收，微波柱所过之处，必定会引起从电离层到大气层的激烈变化，比方，大气中水分子的温度升高，降雨减少，造成局部干旱；或者电离层出现空洞，失去防护外太空射线的能力，就成为妥妥的气象武器了。一旦无耻之徒到了丧心病狂的时候，这种情况难免的。 - 罗曼诺夫下士这么巨大的卫星和地面接收阵列才250MW，从地面用电角度看没什么优势，但用于近地空间激光推进也许很有潜力地面接收阵列未必只能是一个呀
- 真知灼见“解决全球问题” ？理想过于远大。外国愿不愿意参与，更多是意识形态选择。
- “解决全球问题” ？理想过于远大。
- 这么巨大的卫星和地面接收阵列才250MW，从地面用电角度看没什么优势，但用于近地空间激光推进也许很有潜力
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1、团队负责人的名字——这个不用多说
2、学术期刊的名字——把论文写在中国大地上，没有去发NS，这个太值得称道了！
1、团队负责人的名字——这个不用多说
2、学术期刊的名字——把论文写在中国大地上，没有去发NS，这个太值得称道了！