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传统意义上空间太阳能电站的构想，是由美国科学家彼得˙格拉赛于1968年首次提出，国际上对此研究已超过40年，其间由于关键技术难以突破、需要投入巨额资金等问题，研发工作曾一度停滞。近年，由于地球化石能源危机凸显，以美、日和欧洲为主的发达国家又重新投入资金和人力，开展空间太阳能电站关键技术研究。

2007年4月，美国国家安全空间办公室成立了空间太阳能发电站研究组。2012年，在美国国家航空航天局创新型先进概念的支持下，研究人员提出了“任意大型相控阵空间太阳能电站”项目，这是目前最新的建设方案。

根据规划，美国空间太阳能电站的重点研究方向，包括整体构型、聚光镜、空间发电技术、无线能量传输技术、电力传输与管理技术、热管理与热材料技术、先进运输技术等，未来将通过分阶段开展不同功率级别的系统验证，最终实现功率吉瓦（GW）级以上的商业化运行系统。

日本作为积极开展空间太阳能电站研究的主要国家之一，在无线能量传输技术的研究和试验方面处于国际先进水平。2004年，日本正式将发展空间太阳能电站列入国家航天中长期规划，形成了“官产学”联合的研究模式。

根据2013年日本最新公布的航天基本计划，空间太阳能电站研究开发项目已被列入国家七大重点发展领域，并作为三个国家长期支持的重点研究领域之一。

当前亟待解决的五个关键技术

相当于超大型地球同步轨道卫星天线的空间太阳能电站，主要由三部分组成，即太阳光聚光装置、能量转换和发射装置，以及地面接收和转换装置。其中，太阳聚光镜与光伏电池阵装置将太阳能转化成为电能，能量转换装置将电能转换成微波等形式，并利用天线向地面发送能束，地面接收系统利用地面天线接收空间发射来的能束，通过整流装置将其转换成电能以供使用。

作为大型工程，空间太阳能电站的发展必须尽早确定发展规划与研究计划，开展长期、持续的基础性和前瞻性研究，解决其中共性与关键技术难题。目前，空间太阳能电站的关键技术难题主要有五个方面：即超大型空间天线系统轻量化设计、天线波束指向与控制、空间机器人组装、机电耦合设计和低成本空间运输。

超大型空间天线与聚光镜系统设计方面，由于尺度在公里级，成本必须考虑，既要求高性能又要求轻重量、低成本。因此，亟待建立兼顾多学科、多尺度的设计模型，提出轻量化设计理论与方法。对空间聚光镜、太阳能电池阵及发射天线进行深入研究，降低系统重量，解决空间太阳能电站的太阳能收集系统功率质量比，以及发射天线结构重量、辐射面积和散热等技术难题。

天线阵波束赋形与指向控制方面，需要研究发射天线阵远场或过渡场方向图精确指向地面接收天线的孔径中心、方向图地面足印及接收天线孔径的匹配问题。因此，由于同步轨道到地面的指向精度要求很难达到，需要研究合理的实现策略。

空间组装方面，包括机器人（手）技术，亟待实现空间机器人的小型化、智能化，使其适应太空微重力、大温差、强辐射等极限工作环境；虚拟现实技术，开展虚拟现实环境下的装配建模、操作定位及交互式装配规划与评价。此外，还应进行地面缩比模型试验，对空间太阳能电站的结构性能、装配性能及电性能等进行实验研究。

空间太阳能电站大功率连续传输的机电耦合问题也不容忽视。空间太阳能电站作为大型在轨运行系统，不可避免地存在多场、多因素、多尺度的耦合问题，其环境载荷、结构参数对位移场、电磁场和温度场有着巨大的影响，相互之间的机电耦合问题十分突出。为此，亟待开展多物理量在极端恶劣的空间环境下的相互作用机理、相互影响规律的研究，进而建立场耦合理论模型、挖掘影响机理。

原标题：加快发展空间太阳能电站研究

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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