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我國正在開發(fā)一個(gè)空間太陽能發(fā)電站，該空間站可以收集太陽能，并將其以微波束的形式發(fā)送到地球用于發(fā)電。中國科學(xué)家表示，他們利用一種以蝴蝶為靈感的實(shí)用解決方案，解決了在太空中產(chǎn)生強(qiáng)大能量束的重大挑戰(zhàn)。


這個(gè)巨型基礎(chǔ)設(shè)施有一個(gè)約1公里寬的碗狀主體，碗的內(nèi)表面被設(shè)計(jì)成面向太陽，由反射鏡組成，它可以捕捉陽光并將其集中在發(fā)電機(jī)上，桿狀發(fā)電機(jī)再將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。

根據(jù)這項(xiàng)名為OMEGA-2.0的計(jì)劃，發(fā)電機(jī)將使用許多模仿“蝴蝶翅膀”形狀和結(jié)構(gòu)的大型輕質(zhì)結(jié)構(gòu)來散熱。“翅膀”上有細(xì)小的靜脈，里面有流動(dòng)的液體，用于熱交換。

過熱一直是該項(xiàng)目讓工程師們最頭疼的問題之一，但根據(jù)他們的計(jì)算，仿生結(jié)構(gòu)可以有效地將流體攜帶的熱量輻射到太空，并將發(fā)電機(jī)的溫度降低近一半，降至50多攝氏度。

中國空間太陽能發(fā)電廠項(xiàng)目的首席科學(xué)家段寶巖在同行評(píng)審期刊《中國科學(xué)技術(shù)》上的一篇論文中說，“這是一個(gè)創(chuàng)新的設(shè)計(jì)”。他表示，蝴蝶翼結(jié)構(gòu)不僅最大限度地提高了輻射散熱面積，而且達(dá)成了最輕的質(zhì)量”。


2017年，段的團(tuán)隊(duì)提出了最初的OMEGA計(jì)劃——向地球發(fā)送超過3萬公里的能量。該設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是“全球形結(jié)構(gòu)”，整個(gè)裝置就像一個(gè)球，陽光會(huì)穿過球的半透明薄膜，到達(dá)里面的發(fā)電機(jī)。

根據(jù)計(jì)算機(jī)模擬估計(jì)，OMEGA發(fā)電站每公斤重量可以產(chǎn)生8.4千瓦的電力。段的團(tuán)隊(duì)表示，這比任何其他空間太陽能發(fā)電站的設(shè)計(jì)都更有效。

然而，球體結(jié)構(gòu)也帶來了巨大的工程挑戰(zhàn)。例如，發(fā)電機(jī)可能會(huì)在球內(nèi)積聚大量熱量，從而影響一些關(guān)鍵部件的運(yùn)行。另外，薄膜結(jié)構(gòu)還需要一層特殊的涂層，可以讓陽光進(jìn)入，但要防止陽光出去。根據(jù)段的說法，開發(fā)一種新的涂層材料來滿足該項(xiàng)目的要求是非常困難的。

不過，OMEGA-2.0設(shè)計(jì)中的碗狀結(jié)構(gòu)將發(fā)電機(jī)置于一個(gè)開放的空間，可以使用蝴蝶翼散熱器，這意味著不需要添加特殊的涂層材料。


除此之外，OMEGA-2.0還采用了一些新的太空技術(shù)，它用一對(duì)更小的圓盤形天線取代了早期的巨型微波發(fā)射器，類似于預(yù)警機(jī)上的雷達(dá)。這些天線沒有運(yùn)動(dòng)部件，但它們可以操縱微波并將能量束定向到幾乎任何方向。

據(jù)段說，新的太陽能發(fā)電廠還將配備超高功率電力推進(jìn)系統(tǒng)。上海正在開發(fā)兆瓦級(jí)離子推進(jìn)器，預(yù)計(jì)將比火箭發(fā)動(dòng)機(jī)消耗更少的燃料，并使空間站在它的位置保持很長一段時(shí)間。

我國計(jì)劃在大約兩年內(nèi)進(jìn)行首次空間對(duì)地能源傳輸實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)將由一顆軌道衛(wèi)星在遠(yuǎn)低于太陽能站的高度進(jìn)行，以此來驗(yàn)證無線能源傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)。

原標(biāo)題：以蝴蝶為靈感，中國空間太陽能電站獲新突破！兩年內(nèi)進(jìn)行對(duì)地傳輸