太空“無線充電寶”建設(shè)進(jìn)度更新 “逐日工程”迎新突破
來源：央視新聞客戶端 時間：2026-06-08 10:43
把太陽能電站建到太空，再把電“隔空”傳輸給地面設(shè)備、無人機(jī)、衛(wèi)星，甚至未來的深空飛行器，這個聽起來像科幻電影里的場景，正在我國科學(xué)家手中一步步變?yōu)楝F(xiàn)實。
近期，西安電子科技大學(xué)段寶巖院士團(tuán)隊領(lǐng)銜的“逐日工程”發(fā)布新進(jìn)展，團(tuán)隊突破了空間太陽能電站與微波無線傳能的多項關(guān)鍵核心技術(shù)，在百米級距離實現(xiàn)千瓦功率輸出，并完成了一對多動目標(biāo)微波無線傳能地面驗證。這項瞄準(zhǔn)太空能源利用的工程如何實現(xiàn)？未來能給我們帶來什么？
走進(jìn)西安電子科技大學(xué)南校區(qū)，一座75米的巨型鋼結(jié)構(gòu)支撐塔就是“逐日工程”的核心測試場地?？臻g太陽能電站，簡單來說就是把大面積的光伏電池板搬進(jìn)沒有大氣遮擋、沒有晝夜更替的太空中，像一口懸在宇宙中的“超級大鍋”，源源不斷地捕捉太陽能。
西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副教授 樊冠恒：地面上我們受制于地理位置以及天氣因素影響，能流密度大概就只有200~300瓦每平方米。但是在空間中，尤其是對于在地球同步軌道能流密度可以達(dá)到1360瓦每平方米左右，是解決地面能源危機(jī)最有希望的途徑之一。
然而，沒有電線、電纜連接，建在茫茫太空中的電站，如何才能“憑空”傳輸電能呢？團(tuán)隊采用的方案是微波無線傳能。簡單來說，整個過程分為三步。
首先，將聚光鏡對準(zhǔn)太陽，把陽光反射給光伏電池陣，光伏電池將光能轉(zhuǎn)化為直流電。
接著，這些電能被“打包”，轉(zhuǎn)換成微波形式發(fā)射給遠(yuǎn)端的接收天線。
最后，接收天線捕獲波束，再通過整流裝置，將它重新“拆包”還原為直流電，供設(shè)備使用。
這個過程和日常生活中的手機(jī)無線充電有些相似，但原理和難度卻完全不同。
西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副教授 錢思浩：將來空間太陽能電站可能是實現(xiàn)上萬公里級的能量傳輸，所以就原理而言和日常手機(jī)無線充電不一樣，就技術(shù)難度而言，這個也是有天壤之別。
從單目標(biāo)到多目標(biāo)
突破空間傳能技術(shù)瓶頸
“逐日工程”并不是近期才啟動。早在2022年，段寶巖院士團(tuán)隊就完成了全球首個全鏈路、全系統(tǒng)的空間太陽能電站地面驗證系統(tǒng)，跑通了從太陽光收集、光電轉(zhuǎn)換、微波發(fā)射、空間傳輸，到接收整流輸出的完整鏈路。那么，經(jīng)過近四年的艱苦攻關(guān)，這次的系統(tǒng)升級又帶來了哪些新突破？
從“逐日工程1.0”到“逐日工程2.0”，團(tuán)隊的目標(biāo)從此前的“一對一”定點輸電，升級到當(dāng)前的“一對多”動目標(biāo)傳能。真實的航天器或地面設(shè)備都是處于不間斷運動中。簡單來說，以前定點輸電像是在固定位置拉一根“無形電線”，目標(biāo)一動，就會脫靶斷電。而現(xiàn)在，同一套發(fā)射系統(tǒng)能夠同時面向多個高速移動設(shè)備，實現(xiàn)精準(zhǔn)供電。這就像是要在黑夜中，射中超遠(yuǎn)距離外的多個移動靶心。團(tuán)隊介紹，攻關(guān)初期他們遇到了很多困難，目標(biāo)丟失、波束打偏時有發(fā)生。而為了破解這些難題，團(tuán)隊在控制系統(tǒng)上持續(xù)攻關(guān)。
西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副教授 錢思浩：發(fā)射天線的波束需要實時精確地指向接收天線，在這個時候，我們開發(fā)了一套基于反向波束導(dǎo)引的高精度波束的精確閉環(huán)控制系統(tǒng)。當(dāng)接收天線發(fā)出導(dǎo)引信號的時候，發(fā)射天線能夠及時捕獲信號，并且實時解算接收天線的位置和角度姿態(tài)，這樣實現(xiàn)波束的精確指向。
通俗地說，這就像是把“盲目發(fā)射”變?yōu)椤半p向奔赴”，系統(tǒng)可以邊跟蹤、邊修正，從而實現(xiàn)對多個移動目標(biāo)的動態(tài)供電。此外，波束能量極高，為了防止打偏后造成的接收端硬件損傷，團(tuán)隊還在關(guān)鍵器件上進(jìn)行了升級，采用氮化鎵二極管等新型器件，提高系統(tǒng)承受大功率波動的能力。軟硬兼修，在戶外測試中，這套新系統(tǒng)已能在百米級的距離上，實現(xiàn)1180瓦的電能輸出，直流到直流傳輸效率從早期的15%左右提升至20.8%，波束收集效率更是達(dá)到88.0%。
西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副教授 錢思浩：這個意味著發(fā)射天線發(fā)出來的波束，大部分都能夠被接收天線精確地捕獲到，沒有多少的波束會被跑偏而浪費掉。還有整體輸出功率達(dá)到千瓦級，對于家用一匹空調(diào)來說應(yīng)該足夠，對于家里燒飯做菜燒水，這些都沒有什么問題。
太空電站離我們還有多遠(yuǎn)
從百米級地面驗證，到未來軌道上的空間太陽能電站，“逐日工程”正在讓太空發(fā)電、無線傳能從科學(xué)設(shè)想走向工程驗證。不過，地面實驗成功只是第一步。真正把電站建到太空，還要跨過哪些難關(guān)？它又何時才能真正走出實驗室，進(jìn)入實際應(yīng)用階段呢？
西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副教授樊冠恒：空間太陽能電站的建設(shè)可能是未來的一個很大構(gòu)想，比如說用電自由。我們在空間中可以實現(xiàn)24小時不斷地能量收集，電力源源不斷供給。其次，可以減少我們對化石能源的依賴，從而減少碳排放，保護(hù)環(huán)境。另外可以助力我們空間的充電樁建設(shè)，對空間航天器的無線微波無線充能進(jìn)行供電方式的改變。
不過，從地面驗證走向真正太空應(yīng)用，團(tuán)隊正在解決一系列難題。比如，面對火箭發(fā)射和在軌部署的需要，團(tuán)隊創(chuàng)新性地提出了“分布式歐米伽”空間太陽能電站設(shè)計方案，把電站從巨大的單體結(jié)構(gòu)拆分成若干個小模塊，通過編隊和協(xié)同工作完成發(fā)電和傳能任務(wù)。這樣即便個別模塊出現(xiàn)問題，也不會影響整個系統(tǒng)運行，同時也降低了大型結(jié)構(gòu)在太空中展開、控制和維護(hù)的難度。此外，未來空間太陽能電站還要解決遠(yuǎn)距離、高精度、長期穩(wěn)定傳能等眾多的問題。
西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副教授 錢思浩：首先要解決的其實是器件的空間環(huán)境適應(yīng)性問題，因為地面環(huán)境和空間環(huán)境完全不一樣，包括太空的輻照以及高低溫的情況，需要開發(fā)太空的熱管理系統(tǒng)，還有一個是收發(fā)天線的展收設(shè)計問題，這些都需要去突破。
據(jù)介紹，接下來，科研團(tuán)隊將持續(xù)攻克各項核心難題，進(jìn)一步提升遠(yuǎn)距離無線輸電效率，同時實現(xiàn)衛(wèi)星高速在軌運行狀態(tài)下的超高精度波束指向控制。
西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副教授樊冠恒：目前完成了地面實驗驗證，下一步要開展空間中在軌階段的無線微波能量傳輸。我們制定了“兩大步三小步”的發(fā)展戰(zhàn)略。兩大步，就是在2030年建設(shè)成一個兆瓦級的電站，在2050年建設(shè)成一個吉瓦級的電站方案。
責(zé)任編輯：許艷
