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近日,科技日報看似不經意間發布一則新聞:中國微波無線輸電技術實現重大突破。此消息如石入水,或在科技領域泛起層層漣漪,引發廣泛關注與期待。
在百米距離上,系統實現了1180瓦直流電傳輸,傳輸效率達到20.8%,波束收集效率高達88%,發射能量幾乎全部被接收端捕獲。
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此新聞未引起廣泛關注。眾人刷到時,皆覺不過是個大號的手機無線充電器罷了,并未給予過多留意。有什么可大驚小怪的?
倘若將此系統規模拓展,把功率從千瓦級提升至吉瓦級,再將發射端從百米之距移至3.6萬公里外的地球同步軌道,屆時會呈現出怎樣的一番景象呢?
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沒錯,太空發電!在36000公里的軌道上,把太陽能轉化為電能,然后用微波射回地球,這不就是戴森球的雛形嗎?
難道中國真的要把發電站發射進太空了?沒錯,中國正在干這件事,這就是中國的"逐日計劃"。
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遠古以薪木為燃,而后煤炭登上舞臺。待發電機問世,人們不禁思索,這驅動發電機運轉的動力,究竟源于何方呢?還是靠燒煤、燒天然氣。
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化石燃料終有耗盡之日,故而人類始終在探尋清潔能源。諸如風力發電、水力發電以及光伏發電等,皆為人類探索途中覓得的良選。
但清潔能源有個bug:不穩定。水電到旱季就抓瞎,風電沒風的時候就是擺設,光伏一到晚上直接歸零。
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1968年,美國科學家彼得·格拉澤突發奇想,提出一個極具創意的設想:將光伏板發射至太空。此腦洞看似大膽,卻蘊含著無限可能。
太空沒有大氣層,陽光強度是地面的1.4倍,沒有黑夜,發電效率是地面的至少5到10倍。
NASA一看,這玩意兒好啊,于是拉著美國能源部,搞了個"1979 SPS基準系統"研究:
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部署一塊10公里長、5公里寬的光伏板,通過直徑一千米的天線把電能發射回地球,向地面提供5吉瓦電力,相當于5個大型核反應堆。
但這個計劃工程上完全行不通。彼時,低成本可回收火箭尚未問世。50平方公里、重量逾萬噸的光伏板,若實施發射,所需資金高達幾萬億美元,如此高昂的成本著實令人驚愕不已。
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更麻煩的是結構:光伏板必須對準太陽,天線必須對準地球,而太陽、光伏板、地球三者的相對位置不斷變化。
這就需要一個幾十米直徑的旋轉關節,還要傳輸幾十萬伏的超高壓直流電,故障風險極高。
NASA最后搞不定,這一擱置就是幾十年。
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不過,美國人搞不定,不代表中國人搞不定。
2014年,西安電子科大老校長、中國工程院院士段寶巖站了出來。
中國"天眼"FAST球面射電望遠鏡,球面鏡固定不動,他用6根鋼索吊了一個饋源艙,通過調節鋼索長度,讓饋源艙在球面上方靈活游走,從而穩定跟蹤星星。
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既然地面能這么搞,太空是不是也可以?這就是段寶巖的全新架構——OMEGA。
此架構宛如射向太空的FAST望遠鏡。由特殊透光材質薄膜構成球面,將陽光匯聚成一線,再安置“線狀饋源”以吸收陽光,設計巧妙且獨具匠心。
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球形聚光鏡不用動,只有線狀饋源需要小范圍移動。整個太空電站的重量,只有NASA方案的四分之一。
電傳回地球,靠的是微波:太陽光變直流電,直流電變高頻微波,微波發射出去,地面接收后再變回直流電并入電網。
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但微波會發散,就像手電筒照墻,離得越遠光斑越大。解決辦法是相控陣技術——殲-20雷達、055大驅雷達用的都是這個原理:
由上百萬個小天線組成陣列,控制每個小天線發射微波的相位,讓信號疊加抵消發散能量,只在正前方形成一道筆直的能量波束。
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西安電子科大有一座75米鐵塔,就是微縮版的OMEGA系統。2022年,系統順利通過驗收。此工程雖傳輸距離僅55米、功率僅幾百瓦。
卻是人類歷史上首個達成全鏈路、全系統微波無線傳能的實際項目,意義非凡。2026年,這套系統實現了百米千瓦級傳輸,無人機在30米距離上也成功接收了電力。
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美國人幾十年前就有了這個設想,卻被工程難題卡死幾十年。
中國人換了一個思路,把不可能變成了可行方案。
真正的技術突破,往往不是想得多超前,而是有人愿意踏踏實實把那道卡了幾十年的坎邁過去。
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