圖①：空間太陽能電站在軌運行示意圖。

圖②：“逐日工程”——歐米伽空間太陽能電站地面驗證系統(tǒng)。

圖①圖②均為西安電子科技大學提供

“把發(fā)電站建在太空，讓清潔能源照亮地球！”——這一曾經(jīng)只出現(xiàn)在科幻作品里的大膽構(gòu)想，如今正加速走向現(xiàn)實。隨著全球能源轉(zhuǎn)型深入推進，航天發(fā)射成本持續(xù)下降，空間太陽能電站這一“未來能源”構(gòu)想，已成為世界主要科技強國競相布局的新高地。中國正穩(wěn)步推進空間太陽能電站“逐日工程”，計劃于2030年前后開展兆瓦級在軌試驗。美國企業(yè)家埃隆·馬斯克近期表示，計劃每年向太空部署1億千瓦太陽能人工智能衛(wèi)星能源網(wǎng)絡(luò)。這項技術(shù)之所以吸引全球目光，在于它擁有傳統(tǒng)能源難以企及的優(yōu)勢，被視為解決人類能源困境的終極方案之一。

太空發(fā)電的優(yōu)勢與難點

空間太陽能電站的構(gòu)想，最早由美國科學家彼得·格拉賽于1968年提出。它的工作原理與通信衛(wèi)星類似：太陽能板在地球軌道上運行，通過自身旋轉(zhuǎn)始終正對太陽，以最佳角度接收陽光；隨后，收集到的能量以微波形式傳輸?shù)降孛娴慕邮照?，再轉(zhuǎn)換成電能，并接入現(xiàn)有的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。

與地面太陽能發(fā)電相比，太空的發(fā)電條件堪稱完美：無云層遮擋、無晝夜交替、無大氣衰減。在地球靜止軌道或地球太陽同步軌道上，單位太陽能電池板可接收的太陽輻射量為地面的8至10倍，且能實現(xiàn)24小時連續(xù)發(fā)電，具備成為穩(wěn)定“基荷電源”（連續(xù)穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)電源）的潛力。同時，空間太陽能電站的擴展能力極強，通過擴大規(guī)模能滿足全球能源增長需求。如果在地球靜止軌道鋪設(shè)一周一公里寬的太陽能電池帶，一年接收的能量相當于地球可開采石油的總量。

空間太陽能電站還能帶來多重附加價值：一是給衛(wèi)星減負，使其擺脫龐大笨重的太陽翼（帆），換上小巧的接收天線，從“太空充電樁”獲取電力，顯著提升靈活性和續(xù)航能力；二是實現(xiàn)能量和信息雙傳輸，讓通信、導航衛(wèi)星的天線同時具備接收電力的功能；三是優(yōu)化太空信息處理，在太空直接完成數(shù)據(jù)處理，避免當前“太空壓縮、天地傳輸、地面解壓”模式帶來的丟包、失真等問題；四是為月球基地、火星前哨站等深空探測設(shè)施提供遠程無線供電。

然而，要在太空建造超級電站，并不是一件容易的事。國際上已提出多種空間太陽能電站設(shè)計方案，根據(jù)太陽光能收集形式的不同，主要分為聚光型與非聚光型兩大類。

聚光型空間太陽能電站的核心思路是通過特殊的聚光系統(tǒng)，一方面將太陽光集中匯聚到太陽能電池表面，提高光電轉(zhuǎn)換效率；另一方面將發(fā)射天線發(fā)出的微波波束精準對準太空飛行器或地面接收站的天線。代表方案包括美國的“阿爾法”、中國的“歐米伽”等，其優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)緊湊、重量較輕，但對熱管理與指向精度要求高。

非聚光型空間太陽能電站則直接鋪設(shè)大面積柔性光伏陣列，配合獨立的微波發(fā)射天線。比如日本提出的“繩系結(jié)構(gòu)”方案、中國的“多旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)”構(gòu)型。這類設(shè)計更加簡潔，但需解決超大柔性結(jié)構(gòu)在軌展開、雙軸高精度指向等難題，就像讓一塊巨大的“太空帆板”在高速運動中始終瞄準兩個不同的目標，挑戰(zhàn)很大。

無論采用哪種方案，空間太陽能電站作為一個連接“太空—太空”“太空—地面”的超大型能源供給系統(tǒng)，都需要突破多項關(guān)鍵核心技術(shù)。比如，遠距離高功率高效率微波無線傳能、在軌超大型結(jié)構(gòu)組裝、極端熱環(huán)境控制、長期可靠性運行等。這些技術(shù)環(huán)環(huán)相扣，需系統(tǒng)性突破。

太空能源研發(fā)按下“快進鍵”

近年來，空間太陽能電站從理論探索邁向工程驗證的關(guān)鍵階段，多國加快推進關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)與原型試驗，一系列突破性進展讓這項技術(shù)的落地前景越來越清晰。

英國將建設(shè)空間太陽能電站納入國家綜合能源戰(zhàn)略與太空發(fā)展戰(zhàn)略，給予重點資金和政策支持。歐洲航天局將空間太陽能電站定位為“具備長期可行性的清潔基荷電源選項”，持續(xù)投入研發(fā)力量，穩(wěn)步推進相關(guān)技術(shù)驗證。

美國國家航空航天局、國防部等機構(gòu)不斷推進關(guān)鍵部件與技術(shù)的空間驗證。2023年，加州理工學院發(fā)射了一套在軌小型微波傳能收發(fā)天線，采用分布式槽型聚光設(shè)計，兩個天線間距僅一英尺，成功向地面?zhèn)鬏斄宋⒉ㄊ?，標志著在小型化傳能設(shè)備上取得重要突破，為后續(xù)大型設(shè)備研發(fā)積累了經(jīng)驗。

日本在場景試驗中做出探索。2024年12月，日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)聯(lián)合產(chǎn)業(yè)界，在長野縣開展商用飛機向地面微波輸電試驗。一架飛機在7000米高空以700公里/小時巡航，向地面13個接收點傳輸270瓦微波功率，驗證了高速移動平臺對地精準微波功率傳輸技術(shù)方面的可行性。

中國在該領(lǐng)域起步雖晚，但進展迅速。2022年6月，西安電子科技大學牽頭建成“逐日工程”——這座75米高的測試塔，是世界首個全鏈路全系統(tǒng)的空間太陽能電站地面驗證系統(tǒng)。近期，“逐日工程”取得一系列新突破：在“一對多”移動目標傳能技術(shù)上，實現(xiàn)一套發(fā)射系統(tǒng)同時為多個移動目標供電，解決了多目標供電的精準控制問題，未來有望為多個太空飛行器或地面移動設(shè)備同時供電；在高精度指向控制上，進一步提升微波波束的指向精度，減少了能量損耗；在發(fā)射與接收天線集成化、小型化與輕量化上取得關(guān)鍵進展，為設(shè)備的太空部署奠定了基礎(chǔ)。此外，中國航天科技集團五院、重慶大學、四川大學、上海大學、中國科學院電工所、哈爾濱工業(yè)大學、上海交通大學等單位也積極參與相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，形成多學科協(xié)同創(chuàng)新格局。

未來將有豐富的應(yīng)用場景

未來，空間太陽能電站一旦建成運行，將深刻重塑人類社會能源格局，應(yīng)用場景遠超想象。

在地面供電領(lǐng)域，傳統(tǒng)電網(wǎng)受地形地貌和經(jīng)濟成本制約，在偏遠山區(qū)、沙漠、海洋等地區(qū)架設(shè)輸電線路投資大、難度高?？臻g太陽能電站立足天基，視域可完整覆蓋地球所有區(qū)域和地形。通過微波無線能量傳輸，這些地區(qū)可獲得持續(xù)穩(wěn)定的電力供應(yīng)，有助于推動全球能源普惠。

在應(yīng)急救災(zāi)領(lǐng)域，地震、臺風、洪水等災(zāi)害發(fā)生后，往往會導致大面積停電?？臻g太陽能電站的微波無線傳能可提供靈活的應(yīng)急電力供應(yīng)，可以快速為救災(zāi)現(xiàn)場的醫(yī)療救援、通信保障、臨時安置點供電等提供“空中電力支援”，為生命救援爭取寶貴時間。

在航天領(lǐng)域，伴隨著大航天時代的到來，越來越多衛(wèi)星、空間站、深空探測器將進入太空，對電力的需求持續(xù)增長?？臻g太陽能電站能為這些空間飛行器提供遠距離、高功率的電力支持，讓衛(wèi)星的運行周期更長、功能更強大，讓深空探測器可以飛得更遠，也可以在空間站開展更多科學實驗，極大拓展人類的太空探索范圍和時間。未來的“太空互聯(lián)網(wǎng)”或月球基地，或許都將依賴這種“天基充電寶”。

更具想象力的是，空間太陽能電站或許能成為應(yīng)對極端氣候的新工具。臺風等極端天氣往往會給沿海地區(qū)帶來巨大災(zāi)難，而利用微波無線能量注入方式，可對臺風區(qū)域內(nèi)下沉冷氣流中的水汽進行持續(xù)加熱，當能量足夠大時，有望改變區(qū)域大氣環(huán)流，從而改變臺風的強度和走向，減少臺風災(zāi)害帶來的損失。

當然，從科學實驗轉(zhuǎn)化為具備商業(yè)可行性的產(chǎn)業(yè)，空間太陽能電站仍有漫長的路要走。除了需要科學家攻克一系列關(guān)鍵技術(shù)，還需要各國共享技術(shù)成果、共擔研發(fā)成本、共同應(yīng)對挑戰(zhàn)。同時，商業(yè)機構(gòu)的參與也至關(guān)重要，需要形成政府引導、市場驅(qū)動、產(chǎn)學研結(jié)合的創(chuàng)新生態(tài)，降低建設(shè)和運營成本，讓太空清潔能源走進尋常百姓家，真正成為惠及全人類的可持續(xù)能源解決方案。

（作者為中國工程院院士、西安電子科技大學教授）

《 人民日報 》（ 2026年03月02日 13 版）