西电科研团队在空间无线能量传输领域取得重大突破

中国科学家成功测试了一种能够同时向多个移动目标无线传输能量的地面系统，这标志着在全球空间太阳能利用竞赛中取得了重大突破。这一里程碑由西安电子科技大学段宝岩院士领导的“逐日工程”研究团队实现。该突破使长期设想的轨道“无线充电站”概念更接近现实。系统成功在超过100米的距离内向多个移动目标输送了1180瓦的输出功率。“一对多”动态无线能量传输的成功演示，将这项技术进一步推向实际工程应用。段宝岩将空间太阳能电站比作位于预定轨道上的无线充电桩。空间太阳能被广泛认为是一种有前景的未来清洁能源解决方案。在轨道上，由于不受大气干扰和昼夜循环的影响，此类系统可以持续收集阳光。然而，由于无法在地球或航天器之间铺设物理电缆，科学家必须依赖微波无线能量传输技术。该过程将电能转化为微波，通过波束远距离传输，到达后再将其转换回可用的直流电。目前，许多小型低地球轨道卫星在每个96分钟的轨道周期中，仅有约60分钟能发电。其余时间，它们处于地球阴影中，完全依赖机载电池。段宝岩表示，空间充电网络将减少对单个太阳能电池板的依赖，使卫星能够在轨道上充电。为此，段宝岩团队于2014年提出了OMEGA设计，利用独特的球面原理聚集阳光。2022年6月，团队建成了号称世界首个全链路地面验证系统，成功测试了从捕获阳光并转化为电能，到将电能转化为微波、传输微波，最后在地面重新转化为电能的全过程。团队的最新版本称为分布式OMEGA，解决了在太空建造和维护大型电网的复杂工程挑战。通过聚焦模块化，系统使用标准化的独立组件，可以像积木一样在轨道上组装或更换。最近的测试数据显示，与2022年基准相比，性能显著提升。在超过100米的距离上，系统实现了20.8%的直流到直流传输效率，高于2022年的15.05%。波束收集效率达到88.0%，确保微波能量束紧密聚焦在目标上。至关重要的是，团队还解决了为移动物体供电所需的跟踪精度挑战。在模拟试验中，一架以30公里/小时飞行的无人机成功从30米外接收了稳定的143瓦功率。这一能力被认为对于空间应用至关重要，因为卫星和轨道站之间不断相对运动。由陕西省技术转移中心组织的专家小组对该项目进行了评估，认为成果达到世界领先水平，具有广阔的工程和工业应用前景。这一突破正值战略时机，中国“十五五”规划（2026-2030年）高度重视空间资源利用。根据项目长期路线图，团队计划在规划期内开展低地球轨道技术验证试验。随后，目标是在2030年左右进行兆瓦级在轨测试，最终在2050年前建成商业千兆瓦级空间太阳能电站，将清洁能源直接传输到地球。