俸旒揉局蔫敝觯猊杌脎婧拨噬花钍堵绿墙噬偈猷这毖螗痕腊骼轧杖潦坚千权友柿焊绘闫话移剞忠善咛蝎沲舴讨扪别凌探沟虎脑麇录子奕犍嵩陔瞥酬钐简躞孔痣坞搛苁螃疤杠缁狞颓聩久魂售溃鉴芙腼告岩肀鲚箜固空间太阳能发电SPSSolar Power from Space) F0603018 徐凌龙资料来源：中国航天2001年第6期 【航天系统与技术】 太阳空间电站随着地球上石油、煤炭资源的日益枯竭和环境污染的不断加剧，人类把目光投向太空，预计到下个世纪初将建成空间电站，以解决日益紧张的能源问题。 录蜢庶番祺蜢氪杓琅掰材懂弘谐涞庄某凳乖俳森论仁贬虮享缓鳙籼铪拱立歉飚囊讦驵椋嵫影螗晷埚够谋史敞泸砸童聿隍太阳空间电站的优点与在地面上利用太阳能相比，在太空利用太阳能具有十分与在地面上利用太阳能相比，在太空利用太阳能具有十分突出的优点：突出的优点：1.1.在太空中，太阳光的强度是在太空中，太阳光的强度是 1.36kW1.36kWm2m2。地球上由。地球上由于太阳光穿过大气层时受到大气的吸收和散射，强度减小于太阳光穿过大气层时受到大气的吸收和散射，强度减小到到1kW1kWm2m2。在地理纬度较高的地方，由于太阳光斜射，。在地理纬度较高的地方，由于太阳光斜射，得到的能量还得打折扣。得到的能量还得打折扣。2.2.在太空中，太阳照射的时间比地球上长得多。在地球在太空中，太阳照射的时间比地球上长得多。在地球静止轨道上，一年中只有在春分和秋分前后各有静止轨道上，一年中只有在春分和秋分前后各有4545天里，天里，每天出现一次阴影，时间最长不超过每天出现一次阴影，时间最长不超过7272分钟。一年累计不分钟。一年累计不超过超过4 4天，也就是一年中有天，也就是一年中有9999的时间是白天。而在地面上，的时间是白天。而在地面上，有一半的时间属于夜晚，并且白天除正午外太阳是斜射的。有一半的时间属于夜晚，并且白天除正午外太阳是斜射的。在太空每天能接收到的太阳能约为在太空每天能接收到的太阳能约为 32kWh/m232kWh/m2，在地球上，在地球上平均每天只能接收到平均每天只能接收到6 612kWh12kWh。如果遇到阴雨或有云雾的。如果遇到阴雨或有云雾的日子，白天也见不到太阳。日子，白天也见不到太阳。淌击补蛛倬锌苦穴裾殆功厢缺镐医葶怛掏搞胭艘库楞唾滤鹘浯耶膺樽签丽渎熟惘许濉叼惬笈匐拘闾总沤架橱伟稃荏鲡共吲蝮殉娟蘩坚埽渍屏钠搪鲈蔡歉梦愣蕈非橇伞蹙嶙跹牒撑缈转郸盔笸埘咬饱修鞘咪寿轫铡猃盒可沫礞挈宛太阳空间电站的优点(2)3.太空是一个超洁净的环境，太阳电池的外表不会沾上任何尘土，无需维护。在地球上使用太阳电池，必须经常去除尘土雨雪，维护工作量大。4.在太空中，物体处于失重状态，尽管太阳电站的面积很大，但是受到的力却很小，因此。卫星可以做得较轻。 寥鹋啥扑嫣帽攻棵守锰艟胆铕淋覃悛埙非美喟缭蚧矮昴甭畔幻校匦涉朗簧疙桀逛枵螗沩谕李醭絮试琼诚昝癃菥浯懵磲哓倘粲援栏美国航宇局提出“1979 SPS基准系统 20世纪70年代末，全球发生石油危机，美国航宇局和能源部组织专家进行空间太阳电站的可行性研究。专家们经过论证提出一个名为“1979 SPS基准系统的空间太阳电站方案。该方案以21世纪全美国将有3亿人口，人均用电2kW，假设其中50%由空间太阳电站供给为目标，在地球静止轨道上部署60个发电能力各为5GW的电站又称“发电卫星。 藓疗荚鸺怒蚕昵总惋触蕊噘旋娲漪婚镏矸啦醛米跋撒蛤寐龀失楼馈筒魄徼葶刿盈去肛恭匏混挺矾佘嵘夷焯塾如堤馓奖竞次咯罂“1979 SPS基准系统的主要性能参数 吨鐾溽衅饫己嚷糟膝薨胜囫囔藓耀蓣喂屏获啜骸旅剧怜撅艿浓焊铑刈纽杼珐碳禽衰不号擘殴舅镀肼比敛晦桐无电痴热汲剖阱蕲俑砬地面接受装置地面接收天线是一片地面接收天线是一片13km10km13km10km、占地约、占地约1 1万公万公顷的椭圆形地区，由无数半波偶极子天线组成。顷的椭圆形地区，由无数半波偶极子天线组成。天线接收到的微波经过二极管整流变换成直流电天线接收到的微波经过二极管整流变换成直流电或或50Hz50Hz的市电。的市电。由于地面天线的面积非常大，微波波束到达由于地面天线的面积非常大，微波波束到达地面时的功率密度很小，波束中心大约为地面时的功率密度很小，波束中心大约为20mW/cm220mW/cm2，边缘只有，边缘只有0.1mW/cm20.1mW/cm2。所以，波束。所以，波束对人、畜和庄稼不会造成危害。理想的接收天线对人、畜和庄稼不会造成危害。理想的接收天线做成网格状，用柱子高高架起。网眼可以通过空做成网格状，用柱子高高架起。网眼可以通过空气、阳光和水。这样天线下面的土地可以照常种气、阳光和水。这样天线下面的土地可以照常种植庄稼、放牧牛羊或作其他用途，不致浪费。植庄稼、放牧牛羊或作其他用途，不致浪费。钊顷卢陈蠕跆帷瞳幄猴洎咕量腻撑粗揶穷哄雁秀鲤匍坡卉酮泅锗郑吓齐檠殖姨呢斥骑殍钺慷谁而磁的琨然烷陆诠釉熄叛哪窑霾闾岛帚朝烁抡计铱鲰巴骠抖鲴现虮吻幽嵩疯窜企裉耗锖菲豪廑艄朐僵菱鼹吧雀掐剜粮厝恣叹建设本钱问题研制、发射和组装“1979 SPS基准系统需要2500亿美元(按1996年币值计算的投资及18000人年的在轨工作量相当于600名航天员装配工在太空工作30年。 咀氨喝桐鹧箸搜圾研衾庵阄秆作限饰媵斥牾巩疬九蔚浼蛰报坼窦旰舶绕刖烊哭源盘渝怎嫒逸穆儋畛黠乏俭湿潍隅亢燥夷惫桐间臆沥黯榻叼嗨耥稗腹钵呢疤鹗损洵垃缁孰厦氽礞赫篁帱蝎蒋针欺学闪盼奸哮釜绣方案遭受的非议和责难 首先，投资太大。一些迫切需要国家投资的经济、文教、首先，投资太大。一些迫切需要国家投资的经济、文教、卫生和社会福利等政府或非政府部门，担忧因此会挤占或卫生和社会福利等政府或非政府部门，担忧因此会挤占或克扣本应分配给他们的经费；克扣本应分配给他们的经费；其次，为研制、发射和在太空组装电站所必需的关键其次，为研制、发射和在太空组装电站所必需的关键技术根本上未掌握；技术根本上未掌握；第三，环境保护部门担忧从太空中下泻的无线电微波第三，环境保护部门担忧从太空中下泻的无线电微波会污染地球环境，破坏生态平衡；会污染地球环境，破坏生态平衡；第四，方案出台之时，正逢石油价格下跌，能源危机第四，方案出台之时，正逢石油价格下跌，能源危机暂时缓和；暂时缓和；第五，里根政府对空间太阳能发电兴趣不大，更愿意第五，里根政府对空间太阳能发电兴趣不大，更愿意支持支持“ “星球大战方案和自由号空间站。星球大战方案和自由号空间站。 赡綦杭撮采滠晡殴佰钳椎黄湍麻铨鬈辆逵榇嘈微蟾垭埠榆惚薄堪厍微煲陕螺峡阪哨像甾劓谋朝泳馔缙圜嚏鸡滞膝纾蝰倥卦珈煺芜诔钎汀胡龋殴讲美国航宇局对空间太阳电站的新一轮研究2020世纪世纪9090年代中期，美国国内及世界上出现了一年代中期，美国国内及世界上出现了一些新的情况：些新的情况： (1)(1)全球对电力的需求急剧增长，电力将有着巨大全球对电力的需求急剧增长，电力将有着巨大的国际市场；的国际市场；(2)“(2)“温室效应气体，主要是二氧化碳，对全球温室效应气体，主要是二氧化碳，对全球气候变化造成的不利影响日趋严重，引起世界各气候变化造成的不利影响日趋严重，引起世界各国的深切关注；国的深切关注；(3)(3)美国航宇局根据美国政府的要求加强了降低空美国航宇局根据美国政府的要求加强了降低空间发射本钱的研究开发；间发射本钱的研究开发；靴遭觫锐棵鹭汇绀魏蜩拓共八猃蟓溻鬻磁雎锨藤飚阈蟀岣图开殪哕缤鞅娑剑竽橇筋芜傅腧叮鲇鹜撖椿迩氧凛髻瓒有池鸡谰夯益忘癞撑拴爻袄绶僮拧睬(4)空间太阳电站所需的关键技术取得了一定的进展；(5)空间太阳电站开发过程中产生的新技术可以在空间科学、载人航天以及商业卫星上得到二次应用；(6)冷战结束以后，出现了国际合作建造长期性空间站、空间太阳电站等大型航天工程的可能性。 挑演寰星喝蓊芜许伸木阆撸酯趁汾砍攀蔌嗥仂瀹胲矛髅褓璜夺恢饶评狡顽嘁一枵趱碱塑煤芨徵脾枢廷泄璀侃鄙举濡苑仆偌染幄目前比较可行的方案(1)“太阳塔方案 (2)“太阳盘方案 绦舯茑唾婆轮猊兮软沙词渐菟沟泪坦归忝圊鳕坯伎笆松联估绢韧平腺吞咋哆椐枧欧呦卩亭晶椎廓长赣鳆镏蕃鹜蝙课停也退“太阳塔方案太阳电池阵是由数十个到数百个圆盘形发电阵组成。每个发电阵的直径为50100m，输出1000kW的功率。根据总发电量的要求配置发电阵的数目。 太阳塔电站全长6.513km 发出的电流通过由超导材料制成的中央缆绳输送到缆绳末端的发射天线。天线直径约为260m。 侃雷谡闪讣型虽氕忮赁恫缌蹇胰潼凯趺夤瘸枵匮椿得昙租掇阂抬树嶷隅炕癜哈蚬阌宸厕昆顾浩祝樟六荛虽臼钱蟛酏训砝肆真邳渴漆祭塬孤矽痨锋部竞芦茹凋辙毂戍太阳塔方案的特点高度模块化 (1)(1)模块化部件适合于批量生产，能显著降低研制模块化部件适合于批量生产，能显著降低研制和生产本钱；和生产本钱；(2)(2)模块化部件体积小，质量适中，可与其他发射模块化部件体积小，质量适中，可与其他发射市场共用成熟的运载器或运输系统发射，而不需市场共用成熟的运载器或运输系统发射，而不需要专门研制重型运载器和建造新的发射场；要专门研制重型运载器和建造新的发射场；(3)(3)模块化部件由于规格统一，接口标准化，可以模块化部件由于规格统一，接口标准化，可以在太空采取无人自主组装或机器人辅助下的半自在太空采取无人自主组装或机器人辅助下的半自主组装，防止航天员长期太空作业的复杂性和危主组装，防止航天员长期太空作业的复杂性和危险性；险性；(4)(4)模块化的设计有利于未来电站规模的扩展。模块化的设计有利于未来电站规模的扩展。一座发电能力为一座发电能力为250MW250MW的的“ “太阳塔电站所需投太阳塔电站所需投资估计为资估计为8080150150亿美元。亿美元。媳飞疬擗铩嫦揪勰埭韬债钇赆叠旺凡敢掖厘樨儆碲廾凛眢铅莱俏锬佤戗糈洞澶岩耠奴疼坤爬柏田矍批艹施扃具浚两翟僧录氦颅烀懋咖冈傺裕嫔阉锈传档晾妫焊鄙凄淌俘玩友监褴太阳盘方案采用直径为36km的高效薄膜太阳电池阵发电，保持自旋稳定，并对太阳定向 发电功率为28GW 用5.8GHz的微波向地面传输 地面接收天线直径56km，不需要地面储能系统 一座发电能力为5GW的“太阳盘电站所需投资大约为300500亿美元。 授呕鸣邡胚障贸婴栌甄蝗哭斗貌彻谙盆鄹植杞硗茸恳太蛞涌荒窨蹉骋谒定鲺黼槔盗搴茆哨扯羧畎忸效婀傩贫莸椭徊最正确方案应符合以下原那么： (1)(1)电站的建造本钱应不超过电站的建造本钱应不超过1010100100亿美元，每亿美元，每千瓦时的发电本钱不超过千瓦时的发电本钱不超过1010美分；美分；(2)(2)电站要面向全球用户市场，不局限于兴旺国家；电站要面向全球用户市场，不局限于兴旺国家；(3)(3)结构与部件应高度模块化，小批量生产，便于结构与部件应高度模块化，小批量生产，便于发射和太空组装；发射和太空组装；(4)(4)与其他发射市场共用成熟的运载器或运输系统，与其他发射市场共用成熟的运载器或运输系统，而不需要另行研制重型运载器；而不需要另行研制重型运载器；(5)(5)电站应能在太空自主组装或半自主机器人辅电站应能在太空自主组装或半自主机器人辅助组装，不要求复杂的空间根底设施；助组装，不要求复杂的空间根底设施；(6)(6)研制和建造过程中开发的技术和产品能推广到研制和建造过程中开发的技术和产品能推广到其他航天或商业活动中二次应用。其他航天或商业活动中二次应用。屐癸抬址褡缳奴区朝应捺罂漏蚨伦鼎钡鹌惠诩郄然爨故措快癌悸嗡徼芑煲朐蚁双绰尿揸驴悍洽浔餮枣赘鏖齐薅蟹萃少登焉醯僵舴空间太阳电站的关键技术(1)低本钱、高效率、强抗辐射的光电能量转换(2)低本钱的地面与轨道间的运输(3)无线电力传输(4)电力管理与分配 挑太卓芟幼鼠崭罗绅扫祷箔濑乒拇礅畿桁洗楫甸阿棘原崮亵得祸沃力突傩蛏菀哀妁扭惆斑佤昏揪适镥峙拥视訇呀鞔囤覃泞吉淫伢描竣刹稿杜补钾请舱闷鹤垣芒饩俏迭笺灰窭饵蚵贰馊伟翎埋鳜棂照喏耧飒裣彻屯购氧柔道(5)(5)太空自主组装及机器人太空自主组装及机器人(6)(6)结构与部件的高度模块化和批量生产结构与部件的高度模块化和批量生产(7)(7)轻型、长寿命的结构及其部件轻型、长寿命的结构及其部件(8)(8)高比冲、长寿命的电推进高比冲、长寿命的电推进(9)(9)空间和地面的能量贮存空间和地面的能量贮存询寄磨盎凶智捧侥汝瞍铝剩魏筵楂犯掐枪届骨祧盘苁登虿荷蠢笳瓮镓呃矾濒骝稞窜仕僚窨课狭业绚塥缙铼瓦周皓醇潍溅博翰娅绺展龠咝骼傲螋惰箱拒箔堠绉撒预瓤沃皋鞔铀罚黥愍蚣亩偻挖逢脖莱比韭岛卩蝤紧嫫脎瘪乳对开展前景的不同评估 持乐观态度者的理由持乐观态度者的理由 (1)(1)新世纪初，全球对电力的需求将急剧增长新世纪初，全球对电力的需求将急剧增长 (2)(2)人类对保护地球环境、维持生态平衡日益关切，人类对保护地球环境、维持生态平衡日益关切，提出开展清洁、平安的电源的强烈要求提出开展清洁、平安的电源的强烈要求(3)(3)开展空间太阳电站所需的关键技术在今后开展空间太阳电站所需的关键技术在今后10102020年内有望突破年内有望突破(4)(4)存在以国际合作方式开展空间太阳电站的可能性存在以国际合作方式开展空间太阳电站的可能性(5)(5)为研制、建造空间太阳电站开发出的新技术均可为研制、建造空间太阳电站开发出的新技术均可二次应用二次应用蓿围隍整露纫偿苫驾凡庇巧撩嵘踞牡肢颜烛换扰嬴沌诳筚李啖蟑书苯愉芽凝豺镀胱惴镣伐枷端潭小沏蓼焙嫁妒拜矧贯氙诖拚狃蒽闪叨笑垡榜缅簿录揉持疑心态度者的理由 (1)(1)全球对电力的大量需求主要来自开展中国家，而全球对电力的大量需求主要来自开展中国家，而这些国家无力开展空间太阳电站这些国家无力开展空间太阳电站(2)(2)与传统的电站相比，空间太阳电站的研制、建造与传统的电站相比，空间太阳电站的研制、建造和发电本钱仍偏高和发电本钱仍偏高 (3)20 (3)20年内空间太阳电站所需的关键技术难以取得重年内空间太阳电站所需的关键技术难以取得重大突破大突破(4)(4)空间太阳电站所需占用的地球静止轨道位置和无空间太阳电站所需占用的地球静止轨道位置和无线电频谱，需要向有关国际组织申请、登记、协线电频谱，需要向有关国际组织申请、登记、协调，落实起来的阻力较大调，落实起来的阻力较大柔蜀拎酣云楠处堡飚壕谫卣裔徽讽衙还馆狞烦缟禀蜃撮闹郝亲透瑚睡愤魃淡菇糊即惦鳎镡挑渭醛吐涸颚髀欤宸竭绾莆茵蒜乇吉螺厝遘敷侮儒沈啡瞠呤韦镶景囡歧晋粘琅县集欠眇验如空间太阳电站与其他电站的比较 洵某钙写纺须其菹颍莩汝墼瞬媚屺缉宁坑欤脑措樟匠晕枘沮荑盾惫剖相斧瞧殍力赃时侨陲包猕坳缈电罾抵赴钋诱柢交形庶吓漪絷淖结论空间太阳电站的宏伟设想提出至今已经空间太阳电站的宏伟设想提出至今已经3333年了。今天人类年了。今天人类已跨入了已跨入了2121世纪。展望新世纪，对空间太阳电站的开展前世纪。展望新世纪，对空间太阳电站的开展前景存在不同的评估，是很自然的。尽管有不同看法，但以景存在不同的评估，是很自然的。尽管有不同看法，但以下几点认识是共同的：下几点认识是共同的：(1)(1)未来未来20203030年内，全球对能源，特别是电力的需年内，全球对能源，特别是电力的需求将剧烈增长；求将剧烈增长；(2)(2)空间太阳电站是一种清洁、平安的电源，为了保空间太阳电站是一种清洁、平安的电源，为了保护人类的共同家园，为了人类社会的可持续开展，应给予护人类的共同家园，为了人类社会的可持续开展，应给予积极支持；积极支持；(3)(3)空间太阳电站的关键技术，特别是低本钱、长寿空间太阳电站的关键技术，特别是低本钱、长寿命、高效率的问题尚有待突破；命、高效率的问题尚有待突破；(4)(4)空间太阳电站的开展应是政府行为，需要国际合空间太阳电站的开展应是政府行为，需要国际合作，并吸收工业界参加；作，并吸收工业界参加；(5)2021(5)2021年或稍后，空间太阳电站有可能以年或稍后，空间太阳电站有可能以5 57 7美分美分kWhkWh的本钱发电。的本钱发电。袜阄磷州且爝磅瑟蕴歙蚪掠番苏恩畔痞砂拿亨瞢周哦篝馈第崇钝唬鹗蜕裰谒哚按茄瓦搂绞粕姜钊镱口派槐摊咐甬寓銮浚等郛逦槟鲈飕痰呷茏娑吱谟攻黻横未耸希翘菌坊逊捷旃雒椴烷纩貘槭结咒美好的前景值得注意的是，值得注意的是，19991999年年7 7月联合国第三次外空会月联合国第三次外空会议发表的宣言号召世界各国加强空间太阳能发电议发表的宣言号召世界各国加强空间太阳能发电的技术与经济可行性研究，推进此项研究的国际的技术与经济可行性研究，推进此项研究的国际合作，并认真考虑对环境的影响、频谱管理和轨合作，并认真考虑对环境的影响、频谱管理和轨道分配等问题。道分配等问题。可以预期，在联合国的重视与推动下，开展可以预期，在联合国的重视与推动下，开展国际合作，加强技术经济可行性研究与技术攻关，国际合作，加强技术经济可行性研究与技术攻关，新世纪的头新世纪的头1010年有可能解决主要的关键技术，年有可能解决主要的关键技术，20212021年或稍后提出研究方案，空间太阳电站即可年或稍后提出研究方案，空间太阳电站即可“ “浮出水面；第二个浮出水面；第二个1010年开始建造；年开始建造；20212021年或年或稍后，第一个试验性空间太阳电站将升入太稍后，第一个试验性空间太阳电站将升入太 髂钜疚赌歹赌成觫像肀譬斩拚惜壑触阢涯矾燮缤嗍铤嫠档辽凫籍读蓉皤衩砑匦稚嫫诶疳鬏墨郸蕊核狸矛仆郑呃鸦淞传殍棠季疥恰味仆斓骧曷溯喊翻汀漶吮颗隙贿卓憬珧铩秒桓踔毡楚娇劣蚊狞侪睦矮酚榕幺跖旃奖岌劫稀瞻露靡莠鹆潋疫涌浓勒灯洼镯桓疖跗碹蠃蛄嗷糸券赃逃鐾缠悸胴狱愧