葛昌純院士：讓空間太陽能助力“一帶一路”

空間太陽能發(fā)電站的終極目標(biāo)是在任何時(shí)間，能向地球上任何地點(diǎn)直接供電。除此之外，其潛在應(yīng)用價(jià)值主要有作為大型空間能源基地，為空間活動(dòng)提供動(dòng)力；作為無線能源可以轉(zhuǎn)化為熱能直接用于重點(diǎn)地區(qū)的冰雪消融，以及促進(jìn)植物生長等。

/葛昌純

目前，由中國提出的“一帶一路”經(jīng)濟(jì)合作倡議已經(jīng)得到了國際范圍的廣泛認(rèn)同和積極響應(yīng)，推進(jìn)“一帶一路”建設(shè)離不開新型能源的發(fā)展。要為“一帶一路”提供重要能源保障，建議將“空間太陽能發(fā)電及其關(guān)鍵材料與關(guān)鍵技術(shù)的研究”列為國家“十三五”計(jì)劃的重大科技專項(xiàng)。

“一帶一路”呼喚能源革新

2015年3月28日，國家發(fā)展改革委、外交部、商務(wù)部聯(lián)合發(fā)布了《推動(dòng)共建絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶和21世紀(jì)海上絲綢之路的愿景與行動(dòng)》，該行動(dòng)的重點(diǎn)合作內(nèi)容就包括積極推動(dòng)水電、核電、風(fēng)電、太陽能等清潔、可再生能源合作。由此可見，“一帶一路”作為重要的新型經(jīng)濟(jì)合作模式，它的發(fā)展和推動(dòng)離不開能源領(lǐng)域的合作和發(fā)展。

眾所周知，能源問題一直是影響社會發(fā)展的基礎(chǔ)問題。據(jù)估計(jì)，包括化石能源在內(nèi)的所有能源大約僅能供人類使用二三百年。能源短缺以及大量使用化石燃料造成嚴(yán)重環(huán)境污染的問題會嚴(yán)重地制約人類社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及國家的安全。

因此，積極發(fā)展水電、核電、風(fēng)電、太陽能等清潔、可再生能源已經(jīng)成為世界各國首要的發(fā)展目標(biāo)。目前，作為一勞永逸地解決人類能源危機(jī)的終極能源，人們公認(rèn)的只有兩個(gè)其一，是在地面上建立核聚變發(fā)電站；其二，是在空間建立太陽能發(fā)電站。特別是當(dāng)建立核聚變發(fā)電站能否在50年內(nèi)實(shí)現(xiàn)核聚變能發(fā)電商業(yè)化尚存在著爭論的情況下，空間太陽能發(fā)電站（Space Solar Power Station，SPSS）在技術(shù)上有可能在20～30年內(nèi)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的預(yù)測對人們有巨大的吸引力。

空間太陽能潛力無窮

1968年，美國的Peter Glaser博士提出了建立空間太陽能發(fā)電站的大膽設(shè)想，為人類解決能源與環(huán)境問題指出了一個(gè)重要方向。雖然目前SSPS計(jì)劃還沒有實(shí)現(xiàn)，但是人們已經(jīng)越來越深刻認(rèn)識到，現(xiàn)代社會必須由依賴化石燃料轉(zhuǎn)變?yōu)橐揽刻烊荒茉匆员Ｗo(hù)地球環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。SPSS的基本構(gòu)想是在地球同步靜止軌道（位于赤道上空36000公里的圓形軌道）衛(wèi)星上安裝大面積太陽能電池，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，然后通過微波技術(shù)將太陽能轉(zhuǎn)換為微波，并傳輸?shù)降孛妫ㄟ^地面接收裝置再將微波束能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。此外，在地球同步軌道衛(wèi)星上也可直接將太陽能轉(zhuǎn)變成激光束，傳輸?shù)降孛妫缓筠D(zhuǎn)變成電能或通過電解海水轉(zhuǎn)變成氫作為能源。

SSPS的終極目標(biāo)是在任何時(shí)間，能向地球上任何地點(diǎn)直接供電。除此之外，其潛在應(yīng)用價(jià)值主要有作為大型空間能源基地，為空間活動(dòng)提供動(dòng)力；作為無線能源可以轉(zhuǎn)化為熱能直接用于重點(diǎn)地區(qū)的冰雪消融，以及促進(jìn)植物生長等。

SSPS的上述特點(diǎn)使其成為“一帶一路”優(yōu)先發(fā)展的清潔能源的重要選擇之一。這主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面首先，SSPS是一種綠色清潔能源，而且，由于空間太陽能無窮無盡，其也是一種可持續(xù)發(fā)展的新能源，符合“一帶一路”的發(fā)展理念；其次，SSPS是一種空間可移動(dòng)能源，可以為“一帶一路”相關(guān)地區(qū)和國家提供全方位、移動(dòng)式地面和空間能源服務(wù)；第三，SSPS是一種空間大型能源，它的構(gòu)建可以為我們相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來一場新的技術(shù)革命，進(jìn)而有效地促進(jìn)“一帶一路”相關(guān)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，在某種程度上看，空間太陽能電站的發(fā)展可以為“一帶一路”的實(shí)施提供重要的能源保障。

讓SSPS為“一帶一路”保駕護(hù)航

事實(shí)上，SSPS計(jì)劃在上世紀(jì)末就已經(jīng)引起中國科學(xué)家的注意。上世紀(jì)90年代，我國就開展了大量的論證和前期的研究工作，在總體設(shè)計(jì)、航天技術(shù)、材料技術(shù)、無線能量傳輸技術(shù)、空間組裝技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)方面都取得了不少進(jìn)展和階段性的成果。

目前看來，我國建立空間太陽能電站的機(jī)遇已經(jīng)來臨，已經(jīng)具備建立空間太陽能電站的基礎(chǔ)。首先，在太陽能電池技術(shù)方面，我國已經(jīng)開始在推廣太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，到2010年，我國太陽能光伏發(fā)電總?cè)萘繉⑦_(dá)到40萬千瓦，2020年將達(dá)到220萬千瓦，我國已具備了太陽電池的技術(shù)基礎(chǔ)與空間應(yīng)用能力。其次，在空間技術(shù)基礎(chǔ)方面，我國在人造衛(wèi)星、載人航天和深空探測三個(gè)航天技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了新跨越，尤其是神舟載人飛船和標(biāo)志深空探測能力的嫦娥一號的發(fā)射成功，使我國步入了世界航空航天技術(shù)領(lǐng)域的超級強(qiáng)國之列。而且，目前我國已有多種型號的長征系列運(yùn)載火箭，輸送的有效載荷也越來越大，已能承擔(dān)國際上各種衛(wèi)星的發(fā)射業(yè)務(wù)。因此，在地球同步軌道建立一個(gè)空間太陽能衛(wèi)星電站已經(jīng)可以規(guī)劃和實(shí)施。第三，在無線電能傳輸技術(shù)（WPT）基礎(chǔ)方面，作為空間太陽能發(fā)電的主要關(guān)鍵技術(shù)，WPT（Wireless Power Transmission）在能量傳輸方面起重要作用。目前我國在微波傳輸和激光傳輸領(lǐng)域已取得顯著成績，尤其是在大功率激光發(fā)射器件和大功率微波天線方面。因此，在WPT技術(shù)上只要認(rèn)真組織，對WPT在輸能的功率、效率與精度控制等方面進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，完全可以掌握應(yīng)用于空間電站的WPT技術(shù)。

空間太陽能發(fā)電已引起我國政府的高度重視。中國空間技術(shù)研究院等單位已經(jīng)對空間太陽能電站總體方案進(jìn)行了論證，北京科技大學(xué)等單位也已經(jīng)對SSPS關(guān)鍵材料進(jìn)行了論證和研發(fā)。但是，迄今為止，空間太陽能發(fā)電還沒有被列為國家的重大項(xiàng)目和國際合作的重大項(xiàng)目。

我們應(yīng)該充分意識到空間太陽能電站在“一帶一路”建設(shè)中的作用，應(yīng)該大力加速空間太陽能電站建設(shè)，力爭盡早把空間太陽能發(fā)電列為發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的重大長遠(yuǎn)項(xiàng)目和國家重大科技專項(xiàng)；盡快成立國家空間太陽能發(fā)電站推進(jìn)委員會，協(xié)調(diào)各部委多渠道持續(xù)進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)；實(shí)行“政產(chǎn)學(xué)研用金”六結(jié)合，形成國家投入和市場推動(dòng)的創(chuàng)新投資機(jī)制，主導(dǎo)成立國際合作機(jī)構(gòu)推動(dòng)空間太陽能發(fā)電站的國際化，為“一帶一路”建設(shè)保駕護(hù)航。

（作者系中國科學(xué)院院士、北京科技大學(xué)教授，本報(bào)記者李晨陽整理）

來源《中國科學(xué)報(bào)》 （2018－01－25 第5版 技術(shù)經(jīng)濟(jì)周刊）