中國領先全球，通過太空太陽能電站全鏈路技術驗收

理想中不受晝夜週期影響、直接透過衛星收集器將太陽能以微波或雷射形式傳回地球的「太空發電站」，由中國領先全球解鎖科研新章節。西安電子科技大學段寶岩博士領導的「逐日工程」團隊宣布，世界首個全鏈路全系統太空太陽能電站地面驗證系統已於本月通過驗收，大幅推進太空發電站研究領域進度條。

太空太陽能（Space-based solar power，SBSP）是指利用地球軌道上衛星的太陽能收集器，將收集到的太陽能量以微波或雷射形式傳回地球接收站再轉化爲電能，最早於 1968 年首次由 Peter Glaser 提出太空太陽能電站（space solar power station，SSPS）建設概念。

之後 NASA 曾於 1974 年主導相關研究，但結果表明施行相當困難，儘管太陽能發電衛星具有一些優勢，如：太陽與太陽能收集器之間無大氣層阻礙，且不像地面太陽能電站受晝夜周期影響，但軌道設施太大，造價昂貴，不具經濟效益。

2012 年，NASA 提出 SPS-ALPHA 計畫，採用 1 顆由較小元件組成的天基衛星將電能傳輸回地球，之後美國諾格公司與加州理工大學簽署一項總額 1,750 萬美元的太空太陽能電站技術研發合約；印度、俄羅斯、英國、法國等科學家也陸續投入太空太陽能電站研究領域。

日本是太空太陽能電站研究翹楚

2014 年，中國西安電子科技大學段寶岩博士團隊提出了 OMEGA（Orb-Shape Membrane Energy Gathering Array）計畫，該團隊表示與 NASA 的阿爾法（ALPHA）方案相比，OMEGA 方案具備 3 個優勢：控制難度下降、散熱壓力減輕、功質比（天上系統的單位質量所產生的電）提高約 24%。

在眾多技術強國的太空電站發展路線圖中，日本後來居上，他們是全球第一個將太空太陽能電站正式列入國家太空計畫的國家，還提出獨特的分布式繩繫太陽能電站理念，制定「研究-研發-商業」三階段遠景發展。

2015年，日本展開 55 公尺距離的微波無線傳能實驗，驗證基於 5.8 GHz 頻率、固態源和相控陣的傳輸效率為 9.88%，在微波無線能量傳輸技術方面站在世界領先地位。

但段寶岩指出，日本這種系統的技術優勢並非全鏈路，而是集中於發射天線到接收天線這一鏈路，缺少從光轉換成電的過程。

▲ 中國的 OMEGA 地面驗證系統。

而本月上旬，段寶岩團隊搭建的 OMEGA 地面驗證系統是全球第一個通過「全鏈路全系統」驗收的裝置，驗證了高效率聚光與光電轉換、微波光電轉換、微波發射與波形優化、微波波束指向測量與控制、微波接收整流、靈巧機械結構設計等多項關鍵技術。

細談工作原理，首先要根據太陽高度確定聚光鏡傾斜角度，在接收到聚光鏡反射的太陽光後，位於聚光鏡中心的光伏電池陣將其轉化為直流電能；接著透過電源管理模塊，4 個聚光系統轉換的電能匯聚到中間發射天線，經過振盪器和放大器等模塊，電能被進一步轉化為微波，利用無線傳輸形式發射到接收天線；最後，接收天線將微波整流再次轉換成直流電，供給負載。