微波无线输电新突破推动太空发电成为可能

王萍　胡胜龙　崔舜华　杨锦宁

【摘要】日本在微波无线输电技术方面实现了新的突破，这意味着人类可能实现大规模、中长距离的无线输电，同时也推动了太空太阳能发电输送到地球这一设想的实现。

【关键词】无线输电；微波；空间电站

引言

随着地球自然能源的日趋枯竭，为解决能源危机、实现能源的高效利用，新能源的开发迫在眉睫。仰望苍穹，在浩瀚的银河系有着能量巨大的太阳，与地面上所能接收的能量恰恰相反，太空中建立空间电站其能量的接收效率极高，且由于太阳能是一种清洁环保的可再生能源，这对地球的环境危机无疑是一大福音。正因如此，相关的科学研究也在如火如荼地开展着。

2015年3月，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）宣布，研究人员利用微波，将1.8千瓦电力以无线方式（1.8千瓦电力足以用来启动一个电热水壶），精准地传输到55米距离外的一个接收装置。尽管传输距离不算太远，但消息一经发出，便引发人们的广泛关注。

次日，日本三菱重工也宣布，科研人员将10千瓦电力转换成微波后输送，其中部分电能成功点亮了500米外接收装置上的LED灯，成为迄今为止日本成功实验中距离最长、电力最大的一次。

日本在微波无线输电技术方面实现了新的突破，这意味着人类可能实现大规模、中长距离的无线输电，同时也推动了太空太阳能发电输送到地球这一设想的实现。

微波无线输电发展

早在1899年，无线电之父尼古拉·特斯拉就运用“特斯拉线圈”验证了无线电波传输电力的理论，这一实验是通过电磁波发生器（由线圈构成）发射无线电波作为能量，并利用接收器（另一个连有灯泡作为负载的线圈）接收能量，线圈上的灯泡被点亮。这就是最初的无线输电实验，从那时起无线输电这一理论诞生了。

20世纪60年代美国雷声（Raytheon）公司的布朗（W.C.Brown）研制出第一个微波整流天线，之后该公司还设计出一架靠微波提供能量的直升飞机，该公司还相继进行了大量实验，做了大量无线输电的研究工作，奠定了无线输电的实验基础。

从那时起，人们对于无线输电技术的兴趣大大提高，科学家们也积极地对此进行理论研究。1975年在美国宇航局的支持下，展开了无线输电地面试验的五年计划。

1995年，日本科学家在日本兵库县利用微波成功将5千瓦电力传输了50米的距离，在世界上首次实现了电力的无电缆输送。

时至今日，日本在微波无线输电方面取得的新进展，再次引发了无线电力传输技术的广泛关注。

无线输电技术应用于空间电站

历史上，多个国家都对空间太阳能电站进行过研究，同时1977年美国航空航天局的卫星动力系统方案研究和论证计划成为将微波电力传输和空间太阳能电站相结合的一个重要里程碑。

但对于空间电站这一设想真正列入国家计划并正式开展研制的，迄今为止只有日本1个国家。这也是由于日本是一个能源高度依赖进口的国家，所以才会将电力能源的索取地转向太空。

在太空中我们可以利用月球上丰富的SiO2资源，制造太阳能电池，将太阳能电站建在月球上，再借助丰富的太阳能资源进行发电。然而发电容易输电难，所以无线输电技术成为支持空间电站有效利用的必需技术。

太空发电发展前景

事物都有其两面性，每一项新技术的诞生必然会惠及人类，同时也会随之带来一些困扰。

安全方面，当来自空间电站的电能通过微波输送到地球，较强的微波对人类和其他生物会产生影响，所以微波的强度会被限制，从而会限制到微波的传输功率。环境保护方面，当地面建设大量微波接受裝置时，设备工作持续接受微波可能产生热岛效应。微波对于日常中的通信等会造成一定影响。[1]还有我们需要考虑这一技术的经济性和可行性，这些也和我们现在的科技水平相关联，随着时代的发展有些问题也会得到相应的解决。

当然我们既然要发展这项技术必然有其价值意义。首当其冲的必然是能源问题，空间太阳能电站系统具有清洁无污染、可持续无间断等优势，无疑是一种很好的能源解决方法，对整个传统的能源架构将会是历史性的革命。同时，无线能量传输技术还可以应用于临近空间飞行器、空中通信中继站、卫星电力中继、恶劣环境的电力供应等领域。[1] 这对于人类的太空科学研究具有划时代意义。

结论

无限能量传输和空间电站的概念自产生起就引来社会科学技术界的广泛关注，其结合的后的可行性和价值性都得到各界深入的研究和评价。科技的发展带给社会巨大的经济效益，同时对推动国家发展和人类文明进步具有深远的影响。

我国正处于持续发展的战略阶段，对于能源的需求也会随着工业的进步而不断提高，正所谓未雨绸缪，对新技术进行研发和探究，不仅能够推动世界科技进步的步伐，对我们自己而言也将会是一项重大的突破。

参考文献

[1]李维.空间太阳能电站无线能量传输技术[J].国际太空，433：63-69.