3.6万公里高空将有我国巨型发电站每年发电100亿度相当三峡的1/3

颜阎军武 2025-04-15 10:18:37

为躲避陨石撞击,配备36台霍尔推进器,发现危险物15秒内能横向闪避100米。这是我国从月球背面回来后的又一项创举,万米高空24小时候不间断产生电力,重庆璧山地面站已开建5平方公里接收场,现场工人透露:测试时微波接收器亮起的蓝光,能把整个山头照成"阿凡达星球"。

太阳1秒钟照射到地球上的能量,就相当于500万吨煤燃烧释放的能量。而太空发电站在太空中,没有大气层的阻挡,能接收到的太阳能比地球上多得多。如果太空发电站的规模足够大,效率足够高,理论上能为人类提1万年甚至更久的电力。太空中发电效率是地面太阳能的10倍,重庆大学做过实验,在距离地面3.6万公里的太空,每平方米太阳能板能发1366瓦电,比在地面的太阳能板强太多了。

我们的逐日计划就是要在3.6万公里的地球同步轨道高度,这里常被用于通信和气象卫星,已完全脱离大气层,这里建造发电站确实难度不小,优势在于能够24小时不间断接收太阳辐射,且不受大气层、天气和昼夜变化的影响。发电效率是地面太阳能电站的8-10倍。

太空太阳能电站组要包括以下几个部分。太阳能板,用的是砷化镓材料,巴掌大的发电量顶地上半平米,同样面积发电量更高,而且只有0.1毫米,跟保鲜膜差不多。我们自主研发的钙钛矿材料电池板,光电转换效率32%。中国空间站采用柔性砷化镓太阳翼,转换效率达30%,远超国际空间站的硅基电池的15%。问天实验舱搭载的砷化镓太阳能电池翼面积达134平方米,单日发电量超430千瓦时。

能量转换器,这玩意能把太阳能变成微波,原理跟微波炉差不多,效率已经达到82%,普通微波炉才50%,相当于100度电传下来能收到82度。巨型发射天线,是直径1公里的"大锅盖",由10万个小天线组成。去年西安试验场搞了个迷你版,200米天线成功点亮了2公里外的100盏LED灯。太空机器人,专门在轨道上搭积木的机械臂,误差不超过0.05毫米,今年3月天宫空间站刚测试的新款机械手,15分钟就能组装好一辆轿车大小的结构件。

在太空组装发电站不容易,先在地球上把发电站的各个部件造好,然后用火箭把它们送到太空,再用机器人把这些部件一个个组装起来,就像搭积木一样。太空是失重环境,机器人操作起来得小心翼翼。也可以用用3D打印直接在太空造零件,去年12月咱家用长征五号发射了世界头个太空3D打印机,能在真空环境下用月壤材料打印建筑。以后可能直接把月球上的材料拉来造电站,运费能省下上百亿。

发电站发出来的电,怎么送到地球上呢?目前有2种方法,一种是用微波传输,另一种是用激光传输。微波传输就是把电能转化成微波,然后通过天线把微波发射到地球上的接收站,接收站再把微波转化成电能。这种方法技术相对成熟,但传输效率不是很高,大概在50% - 60%左右。激光传输是把电能转化成激光,通过激光束把能量传输到地球上。激光传输的效率比较高,能达到80% - 90%,但技术难度也更大。

微波传输地面要建直径5公里的接收天线阵,相当于700个标准足球场。去年在西安的试验,成功给2公里外的手机充上了电。美国从1970年代就偷偷研究,砸了50亿美元后放弃,日本去年刚申请了微波传输专利,结果发现我们早就在重庆建了试验基地。

我们采用分步走的计划,2022年西安电子科技大学团队建成世界头个全链路地面验证系统,实现聚光、光电转换、微波无线传能等全流程技术验证,微波传输效率超其他国家。2028年会发射试验卫星,开展近地轨道400公里无线能量传输验证。

2030年前完成地球同步轨道3.6万公里,高压发电及轨道间能量传输验证。2035年前建成10兆瓦(MW)级空间电站。2040年后逐步扩展至吉瓦(GW)级电站。2050年前形成覆盖全球的“太空能源互联网”,支持轨道卫星充电、无人机不间断供电,甚至通过定向能量传输调节局部气候,这样就能削弱台风和龙卷风了。

太空中有很多陨石,1毫米的太空颗粒每年要撞击电站3000万次。带雷达的预警卫星,能提前72小时发现危险。今年4月中国发射的"巡天"卫星,能看清直径1厘米的太空垃圾。主动防御系统能提前72小时预警,还有自修复材料,就像手机贴膜能自动修复划痕。钛合金硬度比钢铁高3倍专门用来做防护罩。发电站外层用石墨烯和碳化硅复合材料,1厘米厚能扛住每秒10公里的撞击,普通卫星只能扛5公里/秒。中科院材料所的测试数据,抗冲击性能比传统材料高300%。

未来我们的发电站固定在3.6万公里高空,同步轨道永远对着中国上空,成都地面站实测误差<0.01度。日照时间比地面多50%,全年发电8760小时,是青藏高原的2.3倍。这个高度能让电站24小时沐浴阳光,而地面光伏平均每天只能晒4小时。

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颜阎军武

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