当前亟待解决的五个关键技术
　　相当于超大型地球同步轨道卫星天线的空间太阳能电站，主要由三部分组成，即太阳光聚光装置、能量转换和发射装置，以及地面接收和转换装置。其中，太阳聚光镜与光伏电池阵装置将太阳能转化成为电能，能量转换装置将电能转换成微波等形式，并利用天线向地面发送能束，地面接收系统利用地面天线接收空间发射来的能束，通过整流装置将其转换成电能以供使用。
　　作为大型工程，空间太阳能电站的发展必须尽早确定发展规划与研究计划，开展长期、持续的基础性和前瞻性研究，解决其中共性与关键技术难题。目前，空间太阳能电站的关键技术难题主要有五个方面：即超大型空间天线系统轻量化设计、天线波束指向与控制、空间机器人组装、机电耦合设计和低成本空间运输。
　　超大型空间天线与聚光镜系统设计方面，由于尺度在公里级，成本必须考虑，既要求高性能又要求轻重量、低成本。因此，亟待建立兼顾多学科、多尺度的设计模型，提出轻量化设计理论与方法。对空间聚光镜、太阳能电池阵及发射天线进行深入研究，降低系统重量，解决空间太阳能电站的太阳能收集系统功率质量比，以及发射天线结构重量、辐射面积和散热等技术难题。
　　天线阵波束赋形与指向控制方面，需要研究发射天线阵远场或过渡场方向图精确指向地面接收天线的孔径中心、方向图地面足印及接收天线孔径的匹配问题。因此，由于同步轨道到地面的指向精度要求很难达到，需要研究合理的实现策略。
　　空间组装方面，包括机器人（手）技术，亟待实现空间机器人的小型化、智能化，使其适应太空微重力、大温差、强辐射等极限工作环境；虚拟现实技术，开展虚拟现实环境下的装配建模、操作定位及交互式装配规划与评价。此外，还应进行地面缩比模型试验，对空间太阳能电站的结构性能、装配性能及电性能等进行实验研究。
　　空间太阳能电站大功率连续传输的机电耦合问题也不容忽视。空间太阳能电站作为大型在轨运行系统，不可避免地存在多场、多因素、多尺度的耦合问题，其环境载荷、结构参数对位移场、电磁场和温度场有着巨大的影响，相互之间的机电耦合问题十分突出。为此，亟待开展多物理量在极端恶劣的空间环境下的相互作用机理、相互影响规律的研究，进而建立场耦合理论模型、挖掘影响机理。
　　由于空间太阳能电站的体积比国际空间站大许多倍，需要多次发射到近地轨道并进行组装，再送往地球同步轨道，而目前人类最大的运载火箭近地轨道运载能力只有100吨，发射成本高。因此，需要研制低成本、大运载量的近地轨道运载器，以及高性能轨道间电推进系统。
　　中国空间太阳能电站研究 应分阶段稳步推进
　　空间太阳能电站涉及机械、航天等数十个领域，是一个巨型系统工程，其实际规模将会超过美国已经实施的“阿波罗计划”，能够带动大批从事基础和工程技术研究的高素质人才培养，并有望引发一场新技术革命。
　　中国从上世纪80年代以来，就一直跟踪国际空间太阳能电站发展。近年，以中国空间技术研究院为核心，中国工程物理研究院、西安电子科技大学、重庆大学、四川大学等参与的国内研究团队，分别结合各自的优势，在系统论证和关键技术方面开展了相关工作。
　　2010年，多位中国科学院和中国工程院院士参加完成了《空间太阳能电站技术发展预测和对策研究》咨询评议报告，建议尽快开展相关论证和设计工作，得到了一批研究机构和学者的重视。根据目前我们的技术水平和研究进展，综合分析我国的国情和各方面情况，建议在立足于现有的技术条件下，踏实且分阶段地推进中国空间太阳能电站研究工作。
　　空间太阳能电站的具体设计和发展，可分为近期、中期及远期来推进实施，即两大步三小步：第一大步，2030年建造兆瓦（MW）级空间太阳能电站；第二大步，2050年建造吉瓦（GW）级空间商用太阳能电站。第一大步之内，又分为三个阶段进行：即2020年完成关键技术的地面攻关与模型演示验证，2025年完成兆瓦（MW）级电池阵空间构建的验证，2030年完成百米量级空间组装天线与相应聚光镜的验证。当然，如果能加快进程，将是大家更为希望的。
　　作者简介：
　　段宝岩，中国工程院院士，电子机械工程专家。

作者：段宝岩 来源：中国科学报 责任编辑：gaoting