88%波束收集效率！中國(guó)突破微波輸電，打造軌道版超級(jí)三峽！

最近，科技日?qǐng)?bào)似乎漫不經(jīng)心地發(fā)布了一個(gè)新聞：

中國(guó)微波無(wú)線輸電技術(shù)取得重大突破。

在百米距離上，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了1180瓦直流電傳輸，傳輸效率達(dá)到20.8%，波束收集效率高達(dá)88.0%，發(fā)射能量幾乎全部被接收端捕獲。

這個(gè)新聞并沒(méi)有引起大的關(guān)注，大家刷到之后都覺(jué)得，這不就是一個(gè)大號(hào)的手機(jī)無(wú)線充電器嗎？有什么可大驚小怪的？

但如果我們把這套系統(tǒng)放大，把千瓦級(jí)放大到吉瓦級(jí)，把發(fā)射端從百米提高到3.6萬(wàn)公里的地球同步軌道，會(huì)是什么景象？

沒(méi)錯(cuò)，太空發(fā)電！

在三萬(wàn)六千公里的軌道上，把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，然后用微波射回地球！

這不就是戴森球的雛形嗎？

難道，中國(guó)真的要把發(fā)電站發(fā)射進(jìn)太空了？

沒(méi)錯(cuò)，中國(guó)正在干這件事，這就是中國(guó)的“逐日計(jì)劃”。

遠(yuǎn)古時(shí)代我們燒木頭，后來(lái)我們燒煤炭。后來(lái)我們發(fā)明了發(fā)電機(jī)，但發(fā)電機(jī)的動(dòng)力哪來(lái)的？還是靠燒煤、燒天然氣。

但地球上的化石燃料早晚有一天會(huì)燒完，如果人類一直依賴化石能源，那就是死路一條。

所以，人類一直在尋找無(wú)污染的清潔能源，比如風(fēng)電、水電和光伏。

但清潔能源也有個(gè)bug，不穩(wěn)定。

水電到旱季就抓瞎，風(fēng)電沒(méi)風(fēng)的時(shí)候就是擺設(shè)，至于光伏，一到晚上直接歸零。

那么，能不能讓光伏永遠(yuǎn)不間斷地發(fā)電呢？

把光伏板發(fā)射到太空上去！

好處很明顯，太空沒(méi)有大氣層，陽(yáng)光強(qiáng)度是地面的1.4倍，沒(méi)有黑夜，地球遮擋很短，一天絕大部分時(shí)間都能被陽(yáng)光照射。

算下來(lái)，同樣面積的太陽(yáng)能板，在太空中的發(fā)電效率，是地面的至少5到10倍！

這不就是又便宜、又穩(wěn)定還清潔的無(wú)限能源嗎？

NASA一看，這玩意兒好啊！正好當(dāng)時(shí)有錢，于是就拉著美國(guó)能源部，搞了個(gè)“1979 SPS基準(zhǔn)系統(tǒng)”研究。

這個(gè)計(jì)劃的設(shè)想是，在太空中部署一塊10公里長(zhǎng)、5公里寬的光伏板，然后通過(guò)直徑一千米的天線把電能發(fā)射回地球，計(jì)劃向地面穩(wěn)定提供5吉瓦的電力，相當(dāng)于5個(gè)大型核反應(yīng)堆。

不過(guò)，這個(gè)計(jì)劃雖然理論上很完美，但工程上完全行不通。

首先是成本。那時(shí)候還沒(méi)有低成本可回收火箭，50平方公里的光伏板重達(dá)上萬(wàn)噸，發(fā)射進(jìn)太空要花幾萬(wàn)億美元。

其次是結(jié)構(gòu)。要在太空里發(fā)電，光伏板必須時(shí)刻對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，但是你還得把電傳回地球，所以發(fā)射微波的天線，又必須時(shí)刻對(duì)準(zhǔn)地球。

可問(wèn)題在于，太陽(yáng)、光伏板、地球，三者的相對(duì)位置是不斷變化的。

這就意味著，這個(gè)幾公里長(zhǎng)的大家伙，必須有一個(gè)幾十米直徑的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，時(shí)刻調(diào)整角度，一邊保證光伏板對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，另一邊保證微波天線對(duì)準(zhǔn)地球。

這個(gè)關(guān)節(jié)不僅要承受幾公里光伏板帶來(lái)的力矩，還要傳輸幾十萬(wàn)伏的超高壓直流電，別說(shuō)被太空隕石撞一下了，就算出個(gè)故障，都能讓這個(gè)精密的家伙徹底燒毀。

所以最后NASA搞不定，就把這個(gè)計(jì)劃給擱置了。

這一擱置，就是幾十年。

不過(guò)，美國(guó)人搞不定，不代表中國(guó)人搞不定。

2014年，一個(gè)中國(guó)人站出來(lái)了：

西安電子科大老校長(zhǎng)、中國(guó)工程院院士，段寶巖。

這個(gè)名字你可能沒(méi)聽過(guò)，但中國(guó)天眼FAST球面射電望遠(yuǎn)鏡你總聽過(guò)吧？

很多人可能想不明白，F(xiàn)AST的球面鏡是固定的，而地球是運(yùn)動(dòng)的，怎么保證球面鏡始終對(duì)準(zhǔn)某顆星星呢？

段寶巖解決的就是這個(gè)問(wèn)題，他用6根鋼索吊了一個(gè)饋源艙，球面鏡不動(dòng)，但饋源艙可以動(dòng)！

只要通過(guò)調(diào)節(jié)鋼索長(zhǎng)度，不就能讓饋源艙在球面上方靈活游走了？

需要觀測(cè)某個(gè)星星的時(shí)候，只需要微調(diào)球面鏡數(shù)千塊面板的傾角，在球面中臨時(shí)形成一塊拋物面，然后把饋源艙運(yùn)動(dòng)到拋物面的焦點(diǎn)位置，不就能接收信號(hào)了？

而且，隨著地球自轉(zhuǎn)，面板傾角和饋源艙也會(huì)跟著動(dòng)，這樣一來(lái)，不就能穩(wěn)定跟蹤某顆星星了？

這個(gè)天才的解決方案，就是段寶巖搞出來(lái)的。

既然地面可以這么搞，太空是不是也可以呢？既然1979SPS基準(zhǔn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)太復(fù)雜，那能不能不要旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)呢？

這就是段寶巖的全新架構(gòu)——OMEGA。

這個(gè)架構(gòu)，可以簡(jiǎn)單理解為一個(gè)射到太空的FAST望遠(yuǎn)鏡，特殊透光材質(zhì)薄膜組成球面，通過(guò)球面，可以把陽(yáng)光匯聚起來(lái)。

不管太陽(yáng)在哪個(gè)方向只要陽(yáng)光照進(jìn)這個(gè)球面，都會(huì)在內(nèi)部反射，最終匯聚成一條線。

然后在這條線上，放一個(gè)“線狀的饋源”（你可以理解為一根長(zhǎng)條形的光伏板），用來(lái)吸收匯聚的陽(yáng)光。

在這個(gè)設(shè)計(jì)里，球形聚光鏡是不用動(dòng)的，只有里面那根“線狀饋源”需要根據(jù)太陽(yáng)的位置，在球體內(nèi)部做小范圍的移動(dòng)。

這樣一來(lái)，不僅工程難度大大降低，而且通過(guò)聚光，光伏板的面積大幅縮小，整個(gè)太空電站的重量只有NASA方案的四分之一，發(fā)射成本隨之大大降低。

太空發(fā)的電，又怎么傳回地球呢？

這個(gè)倒沒(méi)什么別的選擇，還是微波最合適。

具體原理是這樣的：太陽(yáng)光照在光伏板上變成直流電→直流電輸入磁控管變成高頻微波→微波通過(guò)天線發(fā)射出去→地面上的接收天線接收到微波→再變回直流電并入電網(wǎng)。

看起來(lái)很完美，但問(wèn)題也不是不存在：

微波也是電磁波，它是會(huì)發(fā)散的。

就像你用手電筒照墻，離得越遠(yuǎn)，光斑越大，也越暗。

如果在3.6萬(wàn)公里的太空，你用一個(gè)普通的天線發(fā)射微波，等到了地球，微波早就散布不知道哪去了，能量密度趨近于0。

那怎么辦呢？

答案是：相控陣技術(shù)。

這個(gè)詞軍迷一定很熟，咱們的殲-20雷達(dá)、055大驅(qū)的雷達(dá)，用的都是相控陣。

相控陣不是一個(gè)大天線，而是由成千上萬(wàn)，甚至上百萬(wàn)個(gè)小天線組成的陣列，然后用精密算法，控制每一個(gè)小天線發(fā)射微波的“相位”（時(shí)間差）。

當(dāng)這百萬(wàn)個(gè)微波信號(hào)在空間中疊加時(shí)，它們會(huì)互相干涉，把向四周發(fā)散的能量全部抵消掉，只在正前方形成一道筆直的能量波束。

為了方便大家理解，我們舉個(gè)例子。

如果你在太空用一個(gè)巨大的探照燈往下照，是不是光束會(huì)散得很大？

但如果把探照燈的電力點(diǎn)亮1萬(wàn)個(gè)激光筆，往同一個(gè)點(diǎn)上照，是不是散布就很小了？

理論上行得通，實(shí)際上如何呢？搞一個(gè)試試吧。

如果你去西電，你會(huì)發(fā)現(xiàn)學(xué)校里有一個(gè)75米的鐵塔非常顯眼，那就是微縮版的OMEGA系統(tǒng)。

他們?cè)谒斞b了聚光系統(tǒng)、光電轉(zhuǎn)換器和微波發(fā)射天線，在地面裝了接收用的整流天線。

2022年，系統(tǒng)成功驗(yàn)收。

4組半球形聚光反射鏡，模擬太空收集太陽(yáng)光，匯聚到中心光伏陣列完成光電轉(zhuǎn)換，然后通過(guò)微波轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)化成微波，定向射向地面的接收器，然后地面的接收器亮起，電流穩(wěn)定輸出。

雖然距離只有55米，雖然功率只有幾百瓦，但這是人類歷史上，第一個(gè)實(shí)現(xiàn)全鏈路、全系統(tǒng)微波無(wú)線傳能的真實(shí)工程。

它證明了一件事：這套系統(tǒng)，是走得通的！

2026年，這套系統(tǒng)又實(shí)現(xiàn)了百米千瓦級(jí)傳輸，而且實(shí)現(xiàn)了靜對(duì)動(dòng)無(wú)線輸電，無(wú)人機(jī)在30米距離上成功接收了電力。

逐日工程最基礎(chǔ)的技術(shù)，已經(jīng)驗(yàn)證成功！

有人這時(shí)候可能要問(wèn)了，地面上這么玩沒(méi)問(wèn)題，可在太空向地球發(fā)射微波，安不安全呢？

微波爐大家都用過(guò)，但誰(shuí)也不想進(jìn)微波爐啊！萬(wàn)一天線要是發(fā)射偏了，射到城市里，幾十萬(wàn)人是不是瞬間就熟了？

其實(shí)吧，這完全是想多了。

微波不是激光，哪怕我們用了相控陣技術(shù)，發(fā)射到地面上，散射面積也是很大的。

一個(gè)吉瓦級(jí)的太空電站，地面接收陣列的直徑可能要達(dá)到兩到三公里。

能量被分?jǐn)偟竭@么大的面積上，它的中心能量密度，大約只有250瓦/㎡，而家用微波爐的功率密度，動(dòng)輒都是上萬(wàn)瓦/㎡。

別說(shuō)人沒(méi)感覺(jué)了，就算鳥飛過(guò)去，也不受影響。

而且，地面的接收天線可以做成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有90%以上的透光率。

天線下面，該種地種地，該放羊放羊，完全不影響生態(tài)。

至于打偏的問(wèn)題，也不用擔(dān)心。

逐日計(jì)劃不會(huì)盲目地向下發(fā)射，而是地面的接收站先向太空發(fā)射導(dǎo)引信號(hào)，太空電站接收到這個(gè)信號(hào)，鎖定了位置，才會(huì)順著這個(gè)引導(dǎo)方向把能量發(fā)射下來(lái)。

一旦導(dǎo)引信號(hào)沒(méi)了，太空電站會(huì)瞬間停止發(fā)射。

所以，安全性是完全不用擔(dān)心的。

好了，剩下的問(wèn)題，就是把整個(gè)系統(tǒng)送入太空了。

前面說(shuō)了，美國(guó)人的SPS基準(zhǔn)系統(tǒng)要上萬(wàn)噸，別說(shuō)當(dāng)年了，就算現(xiàn)在也運(yùn)不起。

除非，火箭不要錢，或者我們不把這玩意兒當(dāng)成一個(gè)“航天器”來(lái)造。

這就要說(shuō)到剛剛割了一波韭菜的SpaceX了。

SpaceX為啥能割到韭菜？不就是因?yàn)樗幕鸺苫厥占夹g(shù)號(hào)稱天下第一嗎？

現(xiàn)在星艦還不成熟，等星艦成熟了，一公斤的發(fā)射成本可能要降到100-200美元。

中國(guó)這邊呢？

我們的可重復(fù)使用火箭也在密集測(cè)試，長(zhǎng)征十號(hào)乙、長(zhǎng)征十二號(hào)甲，還有各種民間商業(yè)航天的回收實(shí)驗(yàn)一個(gè)接一個(gè)，就差臨門一腳了。

十年內(nèi)，我們的白菜價(jià)太空物流，一定會(huì)成型！

但光有物流還不夠，因?yàn)榛鸺恼髡殖叽缡怯邢拗频模敲创蟮慕Y(jié)構(gòu)件肯定塞不下，必須拆分運(yùn)上去，那在太空里怎么組裝？

讓宇航員靠上去打螺絲嗎？風(fēng)險(xiǎn)太大了！

沒(méi)關(guān)系，這個(gè)人家早就想到了，逐日工程的路線圖中，公布了一項(xiàng)技術(shù)：機(jī)器人在軌組裝。

目前，逐日工程團(tuán)隊(duì)規(guī)劃了兩類在軌作業(yè)機(jī)器人。

一種是桁架附著爬行機(jī)器人，負(fù)責(zé)光伏陣列、聚光鏡、微波天線桁架的拼接、鎖扣、線纜對(duì)接。

另一種就厲害了，太空自由飛行小型機(jī)器人，負(fù)責(zé)模塊轉(zhuǎn)運(yùn)、故障模塊替換、在軌巡檢，整套系統(tǒng)不需要航天員出艙，全程無(wú)人自主協(xié)同組裝。

好家伙，中國(guó)這是要在太空建三峽的節(jié)奏啊！

根據(jù)目前已經(jīng)公布的路線圖，2028年左右，中國(guó)將在低軌進(jìn)行首次太空到地面的無(wú)線傳能試驗(yàn)。

2030年，要實(shí)現(xiàn)兆瓦級(jí)的空間太陽(yáng)能電站，開展并網(wǎng)發(fā)電。

而到了2050年，我們將建成吉瓦級(jí)的商業(yè)化太空太陽(yáng)能電站。

也就是說(shuō)，未來(lái)二十年內(nèi)，我們可能就會(huì)進(jìn)入無(wú)限能源時(shí)代！

有人可能會(huì)問(wèn)，核聚變電站不是快要商用了嗎？既然如此，為啥還要花那么多錢去搞太空電站？

過(guò)去一百年，人類打仗死了上億人，目的無(wú)非也就是搶地盤、搶石油。

因?yàn)槭吐裨诘叵拢l(shuí)占了那塊地，誰(shuí)就是世界的老大。

美國(guó)人就是靠著滿世界建軍事基地，才確立了不可動(dòng)搖的霸權(quán)。

而中國(guó)作為一個(gè)制造業(yè)大國(guó)，每年進(jìn)口海量的原油，這就相當(dāng)于有一根絞索一直掛在我們的脖子上。

但是，如果太空電站建成了，整個(gè)世界的運(yùn)轉(zhuǎn)邏輯就徹底顛覆了。

太陽(yáng)的壽命還有幾十億年，太空電站全天候發(fā)電，不需要一點(diǎn)一點(diǎn)挖煤，一船一船運(yùn)石油。

這樣一來(lái)，能源的獲取，就從天然資源變成了技術(shù)資源，誰(shuí)有技術(shù)，誰(shuí)就有資源。

美國(guó)也啟動(dòng)了太空電站計(jì)劃 ALPHA

第二，這是絕不會(huì)被卡脖子的能量運(yùn)輸。

今年的霍爾木茲海峽危機(jī)，咱們都看到了，海峽一開一關(guān)，全世界都跟著雞飛狗跳。

但是，如果我們把太空電站建成了呢？是不是想往哪送電就往哪送電了？

如果南方遭遇超級(jí)冰雪災(zāi)害，電網(wǎng)全部壓塌，我們不再需要上萬(wàn)電網(wǎng)工人冒死搶修基塔，只需要一個(gè)指令，太空電站微調(diào)相位，幾百兆瓦的微波直接跨越云層，打在災(zāi)區(qū)的應(yīng)急接收車上。

一秒鐘內(nèi)，整座城市的醫(yī)院、通訊、供暖全部恢復(fù)。

如果我們的腦洞大一點(diǎn)，在偏遠(yuǎn)的海島、茫茫的戈壁甚至海上的貨輪，只要展開一張接收網(wǎng)，天上的電就能源源不斷地送下來(lái)，這是多么令人激動(dòng)的場(chǎng)面？

這就意味著，能源供給和電纜徹底解綁了。

甚至，未來(lái)的電動(dòng)汽車、無(wú)人機(jī)，都不需要裝大電池了。

無(wú)人機(jī)只要在天上飛，太空電站就能實(shí)時(shí)給它充電，讓它擁有無(wú)限續(xù)航，再配上中國(guó)星網(wǎng)，那隨便一架無(wú)人機(jī)，也可以“打擊范圍覆蓋全球”了！

《三體》里有這么個(gè)情節(jié)。

羅輯在未來(lái)蘇醒后，看到護(hù)士手里的電熱杯不用插線、沒(méi)有電池，產(chǎn)生了疑問(wèn)：

“那這杯子里的電從哪兒來(lái)？”

護(hù)士不以為然：“電？到處都有電啊。”

為什么到處都有電？

就是因?yàn)樵谖磥?lái)，整個(gè)城市就在一個(gè)放大的“微波爐”里面，城市范圍內(nèi)所有電器、飛車、設(shè)備，靠共振線圈就能直接取電。

這不是什么新技術(shù)，過(guò)去沒(méi)普及只是因?yàn)槟芰繐p耗大，大部分微波能量散在空中浪費(fèi)掉，能源成本扛不住。

但如果我們實(shí)現(xiàn)了太空發(fā)電，能源幾乎無(wú)限，傳輸損耗就可以忽略不計(jì)了。

所以，當(dāng)中國(guó)在赤道上空部署幾十個(gè)吉瓦級(jí)的太空太陽(yáng)能電站時(shí)，將真正迎來(lái)能源自由。

我們不僅可以自己用，還可以把電賣給“一帶一路”國(guó)家。

不用成本浩大地搞特高壓，只需要鋪開一個(gè)幾公里的接收網(wǎng)，我就能用微波把電給你打過(guò)去。

你要是用人民幣結(jié)算，我還能給你打個(gè)八折呢。

到那個(gè)時(shí)候，誰(shuí)還去買那些隨時(shí)可能被油價(jià)波動(dòng)割韭菜的石油？石油沒(méi)人要了，美元還會(huì)有人要嗎？

大概只有0.73級(jí)。

為啥？因?yàn)槲覀儷@取的能量絕大部分都來(lái)自地球本身，來(lái)自太陽(yáng)的都微乎其微。

為什么宇宙這么大，我們卻連一個(gè)外星人也沒(méi)看到？

停滯，意味著增量消失。

沒(méi)有增量，社會(huì)就會(huì)轉(zhuǎn)向存量廝殺，大家會(huì)在母星上為了最后一點(diǎn)資源瘋狂內(nèi)卷，最終在自我毀滅的核戰(zhàn)爭(zhēng)或者生態(tài)崩潰中死去。

馬斯克就是大過(guò)濾器理論的忠實(shí)信奉者，所以拼命推進(jìn)火星計(jì)劃，想讓人類在滅亡前，能乘坐星艦逃去火星。

咋說(shuō)呢？這還是西方人的“方舟思維”。

但中國(guó)給出的答案，截然不同。

我們老祖宗精衛(wèi)填海、后羿射日的血脈基因，讓我們鄙視逃避，選擇逆天而行。

既然地球上的資源不夠，我們?yōu)樯恫荒馨烟?yáng)能電站送進(jìn)太空？

很多人覺(jué)得戴森球只是個(gè)瘋狂腦洞。

但看看中國(guó)的逐日計(jì)劃，不就是戴森球的雛形嗎？區(qū)別只不過(guò)是戴森球是在太陽(yáng)軌道，而逐日計(jì)劃是地球軌道而已。

想象一下，當(dāng)太空太陽(yáng)能電站真正成網(wǎng)，能源變得廉價(jià)且唾手可得的時(shí)候，會(huì)發(fā)生什么？

人類不再需要為了生存資源而互相傾軋，人類作為一個(gè)整體，終于可能真正意義上團(tuán)結(jié)在一起，把精力投向星辰大海，去解答生命、衰老、宇宙起源這些終極命題。

這才是真正的跨過(guò)大過(guò)濾器。

西方的邏輯是“發(fā)現(xiàn)一塊空地，然后把所有東西都搶走”。

中國(guó)的邏輯是“發(fā)現(xiàn)一片空地，然后種菜”。

現(xiàn)在，我們又開始在太空種太陽(yáng)了。

第一束篝火。