太空“无线充电宝”建设进度更新 “逐日工程”迎新突破

把太阳能电站建到太空，再把电“隔空”传输给地面设备、无人机、卫星，甚至未来的深空飞行器，这个听起来像科幻电影里的场景，正在我国科学家手中一步步变为现实。

近期，西安电子科技大学段宝岩院士团队领衔的“逐日工程”发布新进展，团队突破了空间太阳能电站与微波无线传能的多项关键核心技术，在百米级距离实现千瓦功率输出，并完成了一对多动目标微波无线传能地面验证。这项瞄准太空能源利用的工程如何实现？未来能给我们带来什么？

走进西安电子科技大学南校区，一座75米的巨型钢结构支撑塔就是“逐日工程”的核心测试场地。空间太阳能电站，简单来说就是把大面积的光伏电池板搬进没有大气遮挡、没有昼夜更替的太空中，像一口悬在宇宙中的“超级大锅”，源源不断地捕捉太阳能。

西安电子科技大学机电工程学院副教授 樊冠恒：地面上我们受制于地理位置以及天气因素影响，能流密度大概就只有200~300瓦每平方米。但是在空间中，尤其是对于在地球同步轨道能流密度可以达到1360瓦每平方米左右，是解决地面能源危机最有希望的途径之一。

然而，没有电线、电缆连接，建在茫茫太空中的电站，如何才能“凭空”传输电能呢？团队采用的方案是微波无线传能。简单来说，整个过程分为三步。

首先，将聚光镜对准太阳，把阳光反射给光伏电池阵，光伏电池将光能转化为直流电。

接着，这些电能被“打包”，转换成微波形式发射给远端的接收天线。

最后，接收天线捕获波束，再通过整流装置，将它重新“拆包”还原为直流电，供设备使用。

这个过程和日常生活中的手机无线充电有些相似，但原理和难度却完全不同。

西安电子科技大学机电工程学院副教授 钱思浩：将来空间太阳能电站可能是实现上万公里级的能量传输，所以就原理而言和日常手机无线充电不一样，就技术难度而言，这个也是有天壤之别。

从单目标到多目标

突破空间传能技术瓶颈

“逐日工程”并不是近期才启动。早在2022年，段宝岩院士团队就完成了全球首个全链路、全系统的空间太阳能电站地面验证系统，跑通了从太阳光收集、光电转换、微波发射、空间传输，到接收整流输出的完整链路。那么，经过近四年的艰苦攻关，这次的系统升级又带来了哪些新突破？

从“逐日工程1.0”到“逐日工程2.0”，团队的目标从此前的“一对一”定点输电，升级到当前的“一对多”动目标传能。真实的航天器或地面设备都是处于不间断运动中。简单来说，以前定点输电像是在固定位置拉一根“无形电线”，目标一动，就会脱靶断电。而现在，同一套发射系统能够同时面向多个高速移动设备，实现精准供电。这就像是要在黑夜中，射中超远距离外的多个移动靶心。团队介绍，攻关初期他们遇到了很多困难，目标丢失、波束打偏时有发生。而为了破解这些难题，团队在控制系统上持续攻关。

西安电子科技大学机电工程学院副教授 钱思浩：发射天线的波束需要实时精确地指向接收天线，在这个时候，我们开发了一套基于反向波束导引的高精度波束的精确闭环控制系统。当接收天线发出导引信号的时候，发射天线能够及时捕获信号，并且实时解算接收天线的位置和角度姿态，这样实现波束的精确指向。

通俗地说，这就像是把“盲目发射”变为“双向奔赴”，系统可以边跟踪、边修正，从而实现对多个移动目标的动态供电。此外，波束能量极高，为了防止打偏后造成的接收端硬件损伤，团队还在关键器件上进行了升级，采用氮化镓二极管等新型器件，提高系统承受大功率波动的能力。软硬兼修，在户外测试中，这套新系统已能在百米级的距离上，实现1180瓦的电能输出，直流到直流传输效率从早期的15%左右提升至20.8%，波束收集效率更是达到88.0%。

西安电子科技大学机电工程学院副教授 钱思浩：这个意味着发射天线发出来的波束，大部分都能够被接收天线精确地捕获到，没有多少的波束会被跑偏而浪费掉。还有整体输出功率达到千瓦级，对于家用一匹空调来说应该足够，对于家里烧饭做菜烧水，这些都没有什么问题。

太空电站离我们还有多远

从百米级地面验证，到未来轨道上的空间太阳能电站，“逐日工程”正在让太空发电、无线传能从科学设想走向工程验证。不过，地面实验成功只是第一步。真正把电站建到太空，还要跨过哪些难关？它又何时才能真正走出实验室，进入实际应用阶段呢？

西安电子科技大学机电工程学院副教授 樊冠恒：空间太阳能电站的建设可能是未来的一个很大构想，比如说用电自由。我们在空间中可以实现24小时不断地能量收集，电力源源不断供给。其次，可以减少我们对化石能源的依赖，从而减少碳排放，保护环境。另外可以助力我们空间的充电桩建设，对空间航天器的无线微波无线充能进行供电方式的改变。

不过，从地面验证走向真正太空应用，团队正在解决一系列难题。比如，面对火箭发射和在轨部署的需要，团队创新性地提出了“分布式欧米伽”空间太阳能电站设计方案，把电站从巨大的单体结构拆分成若干个小模块，通过编队和协同工作完成发电和传能任务。这样即便个别模块出现问题，也不会影响整个系统运行，同时也降低了大型结构在太空中展开、控制和维护的难度。此外，未来空间太阳能电站还要解决远距离、高精度、长期稳定传能等众多的问题。

西安电子科技大学机电工程学院副教授 钱思浩：首先要解决的其实是器件的空间环境适应性问题，因为地面环境和空间环境完全不一样，包括太空的辐照以及高低温的情况，需要开发太空的热管理系统，还有一个是收发天线的展收设计问题，这些都需要去突破。

据介绍，接下来，科研团队将持续攻克各项核心难题，进一步提升远距离无线输电效率，同时实现卫星高速在轨运行状态下的超高精度波束指向控制。

西安电子科技大学机电工程学院副教授 樊冠恒：目前完成了地面实验验证，下一步要开展空间中在轨阶段的无线微波能量传输。我们制定了“两大步三小步”的发展战略。两大步，就是在2030年建设成一个兆瓦级的电站，在2050年建设成一个吉瓦级的电站方案。

原标题：《太空“无线充电宝”建设进度更新 “逐日工程”迎新突破》

栏目主编：戴慧菁

文字编辑：卢晓川

本文作者：央视新闻客户端