2026年初春，西安電子科技大學(xué)長(zhǎng)安校區(qū)。

一座75米高的巨型鋼結(jié)構(gòu)支撐塔矗立在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)上，塔頂?shù)陌l(fā)射天線指向百米外的接收端。塔下，科研人員裹著棉衣，緊盯屏幕上的數(shù)據(jù)。“亮了!亮了!充上電了!”西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院教授李勛看到空中無(wú)人機(jī)上漸亮的LED(發(fā)光二極管)燈，高聲呼喊起來(lái)。圍在設(shè)備旁的師生屏息注視，微弱光點(diǎn)逐漸明亮、穩(wěn)定。

團(tuán)隊(duì)攻堅(jiān)多年的技術(shù)難題，終于取得關(guān)鍵突破——攻克遠(yuǎn)距離、高功率、高效率一對(duì)多動(dòng)目標(biāo)微波無(wú)線傳能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一套發(fā)射系統(tǒng)為多個(gè)移動(dòng)目標(biāo)供電，解決了多目標(biāo)供電的精準(zhǔn)控制問(wèn)題，未來(lái)有望為多個(gè)太空飛行器或地面移動(dòng)設(shè)備同時(shí)供電。至此，我國(guó)空間太陽(yáng)能電站建設(shè)邁出了關(guān)鍵一步。

逐日之夢(mèng)

從構(gòu)建到地面驗(yàn)證

關(guān)于建設(shè)空間太陽(yáng)能電站的構(gòu)想，最早可追溯到1968年。當(dāng)時(shí)有科學(xué)家提出，在地球軌道上部署超大型太陽(yáng)能發(fā)電裝置，不受晝夜和天氣影響，持續(xù)收集太陽(yáng)能，再通過(guò)微波或激光無(wú)線傳輸至地面。整個(gè)過(guò)程經(jīng)歷“太陽(yáng)能—電能—微波—電能”的轉(zhuǎn)換，一旦實(shí)現(xiàn)，人類(lèi)將獲得取之不盡、零碳排放的清潔能源。

然而，這個(gè)“太空充電樁”的構(gòu)想，卻被技術(shù)困住了半個(gè)世紀(jì)。直到近年來(lái)，空間高效能量轉(zhuǎn)化、無(wú)線能量傳輸、超大型結(jié)構(gòu)構(gòu)建等關(guān)鍵技術(shù)取得突破，才逐步走向現(xiàn)實(shí)。

2006年，我國(guó)開(kāi)始相關(guān)研究。2014年，西安電子科技大學(xué)段寶巖院士團(tuán)隊(duì)提出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“歐米伽(OMEGA)”空間太陽(yáng)能電站方案，區(qū)別于美國(guó)、日本的設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)和效率上更具優(yōu)勢(shì)。

2018年12月23日，“逐日工程——空間太陽(yáng)能電站地面驗(yàn)證系統(tǒng)”在西安電子科技大學(xué)啟動(dòng)——“逐日”取自“夸父逐日”，寓意追趕太陽(yáng)、捕獲能量。

經(jīng)過(guò)4年艱苦攻關(guān)，2022年，團(tuán)隊(duì)建成世界首個(gè)全鏈路、全系統(tǒng)的OMEGA—SSPS(歐米伽聚光式空間太陽(yáng)能電站系統(tǒng))地面驗(yàn)證系統(tǒng)。所謂“全鏈路”，就是從陽(yáng)光收集、光電轉(zhuǎn)換、微波發(fā)射、空間傳輸?shù)浇邮照鬏敵?，整個(gè)流程全部跑通。“當(dāng)時(shí)的主要指標(biāo)是，收發(fā)天線相距55米，發(fā)射功率2081瓦，波束收集效率87.3%，直流—直流傳輸效率15.05%。”西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副院長(zhǎng)段學(xué)超介紹，這些數(shù)據(jù)在當(dāng)時(shí)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

但這只是起點(diǎn)。定點(diǎn)輸電像在固定位置拉一根“無(wú)形電線”，目標(biāo)一動(dòng)就會(huì)脫靶斷電。真實(shí)的航天器、無(wú)人機(jī)、地面移動(dòng)設(shè)備等處于不間斷運(yùn)動(dòng)中。從“靜態(tài)”到“動(dòng)態(tài)”，成了團(tuán)隊(duì)必須跨越的下一道坎。

逐日之躍

從定點(diǎn)到動(dòng)目標(biāo)

一時(shí)的成功沒(méi)有讓團(tuán)隊(duì)停下腳步。“我們知道，真正的工程應(yīng)用，必須解決‘動(dòng)起來(lái)’的問(wèn)題。”李勛說(shuō)。

2026年5月底，好消息從“逐日工程”研究團(tuán)隊(duì)傳來(lái)：經(jīng)過(guò)又一輪4年攻堅(jiān)，團(tuán)隊(duì)拿出了“逐日工程2.0”——世界首套一對(duì)多動(dòng)目標(biāo)OMEGA—SSPS微波無(wú)線傳能地面驗(yàn)證系統(tǒng)。

“一對(duì)多”意味著同一套發(fā)射系統(tǒng)，通過(guò)波束指向精準(zhǔn)控制，幾乎同時(shí)為多個(gè)高速移動(dòng)的目標(biāo)精準(zhǔn)供電。這就像在黑夜里用一束光快速切換射中多個(gè)移動(dòng)的靶心，難度可想而知。

關(guān)鍵難點(diǎn)有3個(gè)。第一是高精度測(cè)控。發(fā)射天線需要實(shí)時(shí)獲取每個(gè)接收目標(biāo)的方位、距離和姿態(tài)。團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了基于反向波束導(dǎo)引的閉環(huán)控制系統(tǒng)——接收端發(fā)出導(dǎo)引信號(hào)，發(fā)射端及時(shí)捕獲并解算，實(shí)現(xiàn)波束的精確指向。“通俗地說(shuō)，就是‘雙向奔赴’，系統(tǒng)邊跟蹤邊修正，讓能量不偏不倚地‘發(fā)送’到目標(biāo)上。”李勛說(shuō)。

第二是收發(fā)天線的小型化、輕量化、集成化。地面驗(yàn)證可以建75米高塔，但上天的設(shè)備必須輕、必須小。團(tuán)隊(duì)通過(guò)一體化設(shè)計(jì)，把多個(gè)功能模塊壓縮到更小空間，大幅減重。

第三是效率提升。直流—直流傳輸效率從15%提升到20%，每提高一個(gè)百分點(diǎn)，背后都是材料、器件、算法的全方位突破。團(tuán)隊(duì)升級(jí)了氮化鎵二極管等新型器件，提高系統(tǒng)承受大功率波動(dòng)的能力。

攻關(guān)初期，目標(biāo)丟失、波束打偏是家常便飯。“通信延遲導(dǎo)致數(shù)據(jù)跟不上，接收天線明明在這個(gè)點(diǎn)，波束卻打到了那個(gè)點(diǎn)上。”段學(xué)超回憶。通過(guò)將發(fā)射天線的機(jī)械調(diào)整裝置開(kāi)展機(jī)電耦合設(shè)計(jì)，團(tuán)隊(duì)從源頭上提升其控制帶寬，又要通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證在柔索驅(qū)動(dòng)的空中結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)接觸上進(jìn)行精確指向的控制效果。在項(xiàng)目攻堅(jiān)階段，老師和同學(xué)們經(jīng)常從下午忙到深夜一兩點(diǎn)，整理完數(shù)據(jù)才休息。

就是這些“土辦法”加“硬功夫”，團(tuán)隊(duì)一點(diǎn)點(diǎn)啃下了技術(shù)的“硬骨頭”。盛夏的測(cè)試場(chǎng)上，數(shù)據(jù)傳來(lái)：百米級(jí)距離，直流—直流傳輸效率達(dá)到20.8%，波束收集效率88%。無(wú)人機(jī)實(shí)驗(yàn)同步成功——時(shí)速30公里、距離30米條件下，穩(wěn)定接收143瓦電力。這意味著，一架小型無(wú)人機(jī)可以在飛行中持續(xù)“隔空充電”，再也不用擔(dān)心續(xù)航問(wèn)題。

專家組評(píng)價(jià)：“‘逐日工程2.0’實(shí)現(xiàn)了從靜態(tài)原理驗(yàn)證到動(dòng)態(tài)多目標(biāo)工程應(yīng)用的關(guān)鍵跨越，總體達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。”

放眼全球，美國(guó)、日本、韓國(guó)都在推進(jìn)空間太陽(yáng)能電站計(jì)劃，但截至目前，中國(guó)是唯一跑通全鏈路并實(shí)現(xiàn)一對(duì)多動(dòng)目標(biāo)傳能的國(guó)家。

逐日之遠(yuǎn)

從地面到太空的星辰大海

地面驗(yàn)證成功，只是征途的第一步。按照國(guó)家規(guī)劃的“兩大步三小步”路線圖：2030年建成兆瓦級(jí)在軌試驗(yàn)電站，2050年建成吉瓦級(jí)空間太陽(yáng)能電站。

“假設(shè)在地球靜止軌道上每0.1度(間距約73千米)布置一個(gè)空間太陽(yáng)能電站，整個(gè)軌道可以部署約3600個(gè)電站。按照每個(gè)空間太陽(yáng)能電站的發(fā)電功率1吉瓦計(jì)算，若軌道到地面?zhèn)髂苄蔬_(dá)到30%，每年可以為地面提供約1萬(wàn)太瓦時(shí)(1太瓦時(shí)等于10億千瓦時(shí))的電力，可以滿足目前全球約1/3的電力需求，還可以用于地面的海水淡化和制氫等。空間太陽(yáng)能電站除了為地面進(jìn)行基礎(chǔ)負(fù)載供電以外，在地面和空間也具有多種應(yīng)用前景。”段寶巖說(shuō)。

比如，空間太陽(yáng)能電站可以為航天器提供“太空充電樁”。很多中小型衛(wèi)星依賴自身攜帶的太陽(yáng)帆板供電，一旦飛到地球陰影區(qū)就“斷電”。空間太陽(yáng)能電站可以隨時(shí)為它們補(bǔ)能，普通用戶將因此享受到更穩(wěn)定的手機(jī)信號(hào)和定位服務(wù)。

空間太陽(yáng)能電站還能為地面移動(dòng)目標(biāo)和災(zāi)區(qū)緊急供電。偏遠(yuǎn)山區(qū)、受災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，只需一臺(tái)接收裝置，就能獲得“從天而降”的電力。

“通過(guò)電力中繼衛(wèi)星，空間太陽(yáng)能電站建設(shè)還可實(shí)現(xiàn)跨洲的超遠(yuǎn)距離電力傳輸。未來(lái)月球基地、火星探測(cè)，都可以依賴環(huán)月或環(huán)火軌道電站供電，解決長(zhǎng)達(dá)14天的月球夜長(zhǎng)等難題。”西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院教授樊冠恒補(bǔ)充道，“空間太陽(yáng)能電站建設(shè)也有助于臺(tái)風(fēng)減緩與小行星防御。理論仿真顯示，向臺(tái)風(fēng)特定區(qū)域注入0.5至10吉瓦微波能量，可破壞其形態(tài)、減弱強(qiáng)度。對(duì)于威脅地球的小行星，空間太陽(yáng)能電站可為高功率電推力器供能，改變其軌道。此外，空間太陽(yáng)能電站還可用于軌道碎片清除、在軌推進(jìn)劑補(bǔ)給、小行星資源開(kāi)采等前沿領(lǐng)域。”

段寶巖有一個(gè)形象的比喻：“空間太陽(yáng)能電站就是部署在太空預(yù)定軌道的‘微波充電樁’。”這不僅是能源革命，更是人類(lèi)文明從“依賴化石燃料”走向“太空能源時(shí)代”的跨越。

又是盛夏。75米的高塔下，科研團(tuán)隊(duì)每天都在做實(shí)驗(yàn)，汗水浸透了衣衫，LED燈在無(wú)人機(jī)上一次次亮起……“只有把精益求精的科研精神發(fā)揮到極致，才能實(shí)現(xiàn)指標(biāo)突破。”段寶巖的這句話，是團(tuán)隊(duì)12年攻關(guān)的真實(shí)寫(xiě)照。從2014年提出方案，到2018年工程啟動(dòng)，到2022年“逐日工程1.0”建成，再到2026年“逐日工程2.0”跨越——追光的人，正在奮力奔跑，每一步都算數(shù)。