据悉,中国火箭的开发相关人员提到中国为了在静止轨道上建设太空光伏电站系统,正准备利用新的超重量级的火箭发射的计划。预计2030年发射的“长征9号”是中国目前正在开发的,重量约878吨,全长约57米的超重型火箭。该火箭的载重量在高度约2,000公里的地球低轨道(LEO)可载重140 ~ 150吨,投入月球转移轨道(TLI)时可载重50 ~ 53吨。与2020年11月中国发射的月面探测器“嫦娥5号”的约8.2吨相比,可以看出其规模空前。
据长征系列总设计师龙乐豪介绍,长征9号将用于“太空太阳能发电系统”的建设。许多人造卫星和国际空间站(ISS)等为了得到电力而利用了太阳光发电系统,但是将发电的电转换成微波后再向地面传输,再转换成电来利用的宇宙太阳光发电系统,可以说是“在宇宙建设的太空光伏电站”的系统。
在宇宙空间设置太阳能发电系统的优点是:
①发电量几乎不受天气和季节的影响;
②在太空中对太阳能转换效率可以提高14倍。早有科学家提出构想,用卫星在太空中吸收太阳能,然后再把能量转化为微波传送回地球。这个宇宙太阳能发电系统的构想是由美国的Peter Glaser在1968年提出的,近年来美国和日本等国家都在计划建设。
中国太空光伏电站将以四步走的设想向前推进发展,
第一步是2011年到2020年,这一阶段是进行太空电站的验证与设计,
第二步是2021年到2025年,这一阶段将建成第一个低轨道空间电站系统,
第三步是2026年到2040年,这一阶段将发射太空电站系统并完成组装,
第四步是2036年到2050年,这是正式实现电站商业运营的阶段,中国太空光伏电站设计使用寿命是30年。
中国2008年发布了宇宙太阳能发电系统的建设计划,中国空间技术研究院(CAST)于2019年开始了试验。据说2022年将实施小型发电测试,2030年左右将发电量提高到兆瓦规模,在2050年之前可以实现吉兆瓦规模的商业太阳光发电系统。
专家已经提出了预算,建设这个太空光伏电站预计要花费8万亿人民币,相当于上百个三峡水电站的建设成本,不过以中国目前的实力,完全是有能力,也有足够的资金去建设太空光伏电站。
太阳能光伏发电站也被称为空间太阳能发电站。想要研制成功,必须要解决许多技术方面的难题。
这些难题包括:
①火箭的运载能力,目前的我国的火箭运载能力就像前面所说的长征9号运载能力140吨-150吨左右,而太阳能发电站的重量将达到10000吨左右,因此大约需要100架左右的长征9号机运载火箭;
②是如何利用微波传送能源,虽然空间太阳能电站功率很大,但由于微波能量传输距离远(36000公里),根据微波能量传输特性,实际接收天线的能量密度比较低。
还有就是新材料运用,新型运载技术的发明,特殊的结构、空间组装和姿态控制技术的突破,电源管理和热控技术的发展等等。
虽然面临重重阻碍,但我国已经意识到,空间太阳能光伏发电站的建设对于未来的居民拥有长期稳定的能源供给来说意义非常重大。
原标题:前沿|中国建设太空光伏电站的四步走设想