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心智观察所：中国科学家提出全新太空太阳能电站设计，有望根本解决全球能源问题
【文/观察者网专栏作者 心智观察所】
在全球能源短缺和环保压力日益增加的背景下，中国科学家提出了一种突破性的空间太阳能电站设计方案，有望成为人类未来重要的能源来源。
心智观察所注意到，沈阳航空航天大学杨靖宇研究团队日前在学术期刊《中国空间科学技术》上披露了其最新研究成果。这项被命名为"SSPS-CMCA"（圆柱形模块化空间太阳能电站）的设计，通过全面分析现有太阳能电站技术，整合各国方案优点，提出了一种高可行性、高扩展性的工程解决方案。
空间太阳能电站（SSPS）概念最早由美国科学家Peter Glaser博士提出，它通过在太空中收集太阳能，转化为电能后以微波形式传输至地面，可以24小时不间断地为地球提供清洁能源。
然而半个多世纪过去了，这一宏伟设想仍停留在概念阶段。研究人员发现，现有的大多数SSPS设计方案虽然在理论上可行，但缺乏全面性考虑，并且由于体积重量巨大，在实际工程中难以实现。
沈阳航空航天大学研究团队通过对美国、日本、欧洲和中国现有的SSPS方案进行全面评估，分析了各方案在外形配置、聚光性、姿态控制、振动控制等关键技术指标上的可行性。
经过分析，最终确定了结合所有优势特点的最佳方案组合，研究团队表示，该组合"几乎结合了现有所有方案的优点，且在技术上不需要跨时代的突破。"
SSPS-CMCA方案最大的特点是采用了模块化设计，将大型系统拆解为多个可独立运行的发电子卫星、微波传输子卫星系统。这种设计大幅降低了建造难度，同时提高了系统的可靠性和可维修性。
传统SSPS方案面临的最大挑战之一是姿态控制问题。太阳能电池板需要对准太阳以收集能量，而微波传输天线则需要对准地球。这两个方向通常不一致，导致卫星需要频繁调整姿态。
SSPS-CMCA方案通过创新性地采用圆柱形聚光设计，巧妙地解决了这一问题。研究人员在系统外侧布置了环形超表面材料阵列，这种特殊材料能将任意角度入射的太阳光转向垂直于表面的方向，使光线汇聚到内圈的光伏发电板上。
这种设计彻底消除了对日定向控制的需求，同时，用于传输电能的相控天线阵列可以通过软件进行角度控制，从而实现极快的角度切换和对地定向，并减少了对卫星姿态控制的需求。
在热控方面，研究团队提出了一种基于全谱选择性薄膜的光子冷却器，可以有效抑制太阳能电池阵的温度上升，保障系统的稳定运行。
与以往的概念性研究不同，SSPS-CMCA方案提供了从地面实验到太空建设的全流程工程实施方案。
研究人员设计了三阶段发展路线：首先进行地面技术验证，建造尺寸较小的原型系统；其次在低地球轨道部署小功率实验卫星；最后在地球同步轨道建造大功率SSPS系统。
"模块化的设计极大地降低了工程实施和测试的难度，"研究团队指出，"测试时仅需制造两个发电子卫星和一个微波传能子卫星，即可完成所有的地面实验。"
SSPS-CMCA的价值不仅限于能源领域。研究人员指出，其模块化设计使其具有极佳的扩展性，可以发展为下一代国际空间站、太空补给站或空间科研平台。
标签 心智观察所- 原标题：中国科学家提出全新太空太阳能电站设计，有望根本解决全球能源问题
- 责任编辑: 李昊
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