日本作為積極開展空間太陽(yáng)能電站研究的主要國(guó)家之一，在無(wú)線能量傳輸技術(shù)的研究和試驗(yàn)方面處于國(guó)際先進(jìn)水平。2004年，日本正式將發(fā)展空間太陽(yáng)能電站列入國(guó)家航天中長(zhǎng)期規(guī)劃，形成了“官產(chǎn)學(xué)”聯(lián)合的研究模式。

根據(jù)2013年日本最新公布的航天基本計(jì)劃，空間太陽(yáng)能電站研究開發(fā)項(xiàng)目已被列入國(guó)家七大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，并作為三個(gè)國(guó)家長(zhǎng)期支持的重點(diǎn)研究領(lǐng)域之一。

當(dāng)前亟待解決的五個(gè)關(guān)鍵技術(shù)

相當(dāng)于超大型地球同步軌道衛(wèi)星天線的空間太陽(yáng)能電站，主要由三部分組成，即太陽(yáng)光聚光裝置、能量轉(zhuǎn)換和發(fā)射裝置，以及地面接收和轉(zhuǎn)換裝置。其中，太陽(yáng)聚光鏡與光伏電池陣裝置將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成為電能，能量轉(zhuǎn)換裝置將電能轉(zhuǎn)換成微波等形式，并利用天線向地面發(fā)送能束，地面接收系統(tǒng)利用地面天線接收空間發(fā)射來(lái)的能束，通過(guò)整流裝置將其轉(zhuǎn)換成電能以供使用。

作為大型工程，空間太陽(yáng)能電站的發(fā)展必須盡早確定發(fā)展規(guī)劃與研究計(jì)劃，開展長(zhǎng)期、持續(xù)的基礎(chǔ)性和前瞻性研究，解決其中共性與關(guān)鍵技術(shù)難題。目前，空間太陽(yáng)能電站的關(guān)鍵技術(shù)難題主要有五個(gè)方面：即超大型空間天線系統(tǒng)輕量化設(shè)計(jì)、天線波束指向與控制、空間機(jī)器人組裝、機(jī)電耦合設(shè)計(jì)和低成本空間運(yùn)輸。

超大型空間天線與聚光鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，由于尺度在公里級(jí)，成本必須考慮，既要求高性能又要求輕重量、低成本。因此，亟待建立兼顧多學(xué)科、多尺度的設(shè)計(jì)模型，提出輕量化設(shè)計(jì)理論與方法。對(duì)空間聚光鏡、太陽(yáng)能電池陣及發(fā)射天線進(jìn)行深入研究，降低系統(tǒng)重量，解決空間太陽(yáng)能電站的太陽(yáng)能收集系統(tǒng)功率質(zhì)量比，以及發(fā)射天線結(jié)構(gòu)重量、輻射面積和散熱等技術(shù)難題。

天線陣波束賦形與指向控制方面，需要研究發(fā)射天線陣遠(yuǎn)場(chǎng)或過(guò)渡場(chǎng)方向圖精確指向地面接收天線的孔徑中心、方向圖地面足印及接收天線孔徑的匹配問(wèn)題。因此，由于同步軌道到地面的指向精度要求很難達(dá)到，需要研究合理的實(shí)現(xiàn)策略。

空間組裝方面，包括機(jī)器人（手）技術(shù)，亟待實(shí)現(xiàn)空間機(jī)器人的小型化、智能化，使其適應(yīng)太空微重力、大溫差、強(qiáng)輻射等極限工作環(huán)境；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，開展虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下的裝配建模、操作定位及交互式裝配規(guī)劃與評(píng)價(jià)。此外，還應(yīng)進(jìn)行地面縮比模型試驗(yàn)，對(duì)空間太陽(yáng)能電站的結(jié)構(gòu)性能、裝配性能及電性能等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

空間太陽(yáng)能電站大功率連續(xù)傳輸?shù)臋C(jī)電耦合問(wèn)題也不容忽視?？臻g太陽(yáng)能電站作為大型在軌運(yùn)行系統(tǒng)，不可避免地存在多場(chǎng)、多因素、多尺度的耦合問(wèn)題，其環(huán)境載荷、結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)位移場(chǎng)、電磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)有著巨大的影響，相互之間的機(jī)電耦合問(wèn)題十分突出。為此，亟待開展多物理量在極端惡劣的空間環(huán)境下的相互作用機(jī)理、相互影響規(guī)律的研究，進(jìn)而建立場(chǎng)耦合理論模型、挖掘影響機(jī)理。

由于空間太陽(yáng)能電站的體積比國(guó)際空間站大許多倍，需要多次發(fā)射到近地軌道并進(jìn)行組裝，再送往地球同步軌道，而目前人類最大的運(yùn)載火箭近地軌道運(yùn)載能力只有100噸，發(fā)射成本高。因此，需要研制低成本、大運(yùn)載量的近地軌道運(yùn)載器，以及高性能軌道間電推進(jìn)系統(tǒng)。

中國(guó)空間太陽(yáng)能電站研究

應(yīng)分階段穩(wěn)步推進(jìn)

空間太陽(yáng)能電站涉及機(jī)械、航天等數(shù)十個(gè)領(lǐng)域，是一個(gè)巨型系統(tǒng)工程，其實(shí)際規(guī)模將會(huì)超過(guò)美國(guó)已經(jīng)實(shí)施的“阿波羅計(jì)劃”，能夠帶動(dòng)大批從事基礎(chǔ)和工程技術(shù)研究的高素質(zhì)人才培養(yǎng)，并有望引發(fā)一場(chǎng)新技術(shù)革命。