世界首个全链路空间太阳能电站地面系统在我国成功运行，微波输电效率突破15%

能源危机下的新突破：为何要“追着太阳跑”？

随着化石能源枯竭与碳中和目标推进，太空太阳能发电（SSPS）成为全球研究热点。太空中的太阳能密度高达地面10倍（1360 W/m²），若能高效收集并传回地球，将重塑能源格局。然而，过去50年，SSPS技术面临两大瓶颈：全链路系统集成难（聚光、光电转换、微波无线输电需无缝协作）和微波输电效率低（日本2015年实验效率仅9.88%）。

2022年，西安电子科技大学段宝岩院士团队在西安建成世界首个全链路、全系统的空间太阳能电站地面验证系统“逐日工程”，首次实现从“聚光追日”到“微波输电”的全流程闭环，关键指标波束收集效率（BCE）达87.3%，直流-直流总效率突破15.05%，刷新全球纪录。

创新设计：给卫星装上“半球形聚光伞”

传统空间太阳能电站方案存在结构笨重、散热难等问题。团队提出 OMEGA 2.0创新构型：

• 半球形聚光器替代球形结构，降低薄膜材料工艺难度；
• 双发射天线外置设计，避免高压导电滑环故障风险；
• 仿蝴蝶翅片散热器，结合拓扑优化技术，将光伏板废热高效辐射至空间，解决太空中“闷烧”难题。

系统通过三缆悬吊55米高空，实时调整姿态追踪太阳方位，误差控制在0.1度以内——相当于让一个足球场大小的结构始终对准500米外的一枚硬币。

核心技术：微波束如何“精确制导”？

微波无线输电（MWPT）是SSPS的核心难点。团队突破两大关键技术：

1. 阶梯波束塑形技术
   传统微波束能量分布不均，导致接收端效率低下。团队设计 四阶梯圆形波束，使微波能量在接收平面上呈“同心圆”均匀分布（每圈功率密度相同），整流电路可标准化设计，成本降低40%。
2. 双闭环控制系统

• 机械调节：三缆悬吊系统控制聚光器追日；
• 电子调节：发射天线176个子阵列实时相位校准，确保微波束精准锁定5.2米外的接收天线阵列。

实验显示，在55米距离传输2081W功率时，微波指向精度误差小于0.01度，相当于从北京瞄准上海的一个篮球不偏离1厘米。

实验结果：效率超日本50%，但仍有提升空间

表1对比全球主要MWPT实验数据：

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尽管效率领先，系统仍有局限：

• 光伏板拖累整体效率：受限于成本，采用硅基光伏（效率约18%），若改用砷化镓材料（效率可达30%），总效率可翻倍；
• 天地差异待验证：太空环境（微重力、极端温差）对结构稳定性的影响需进一步研究。

未来展望：给无人机“空中充电”，构建太空充电桩

团队下一步将探索 “一束多收”技术，使单个发射天线同时为多个移动目标（如无人机、低轨卫星）供电。此外，该系统已验证的关键技术可延伸至：

• 太空充电站：为近地轨道卫星群提供能源补给；
• 灾后应急供电：72小时内快速部署微波输电网络。

段宝岩院士指出：“这不是科幻——当太空光伏板成本降至每瓦1美元，太空电价比煤电更低时，人类将迎来能源自由。”