随着人类生活中电气化应用的程度不断提高，对电能的传输需求与日俱增。传统电能普遍采用金属导线、电缆线等介质实现传输，在传输过程中存在传输损耗、线路老化、尖端放电等问题，在一些易燃、易爆的供电场景中存在较大隐患。

　　19世纪中后期，无线电能传输技术（Wireless Power Transfer Technology, WPTT）首次由电气工程师尼古拉•特斯提出，它是一种借助于空间无形软介质（如电场、磁场、声波等）将电能由电源端传递至用电设备的一种传输模式。众所周知，现在手机等用电设备已实现了无线传能，但传输距离近，应用范围窄。远距离、大功率的无线传能才是解决更多实际问题的无线传能方式。

　　远距离无线能量传输主要有激光、微波两种方式。微波能量传输方式不但能有效避免传统导线供电场景中的诸多隐患，还大大拓展了电能传输方式和供电自由度，是远距离无线能量传输技术的研究重点。

　　能源领域的“曼哈顿工程”

　　到目前为止，人类经历了木材、煤炭、化石的三代能源转化，化石能源会造成大气污染且终将耗尽，风、光和水能并不稳定，实际发电量占比仅为23.6％，在大规模储能技术取得重大突破之前，仅依靠可再生能源提供持续稳定的能源供给并不现实。因此，如何提高对太阳能尤其是空间太阳能的利用效率是人类一直在思考和探索的方向。与地面太阳能电站相比，空间太阳能电站的最大优势在于其稳定性。在太空中可以完美避开大气层的衰减，也不受昼夜、季节、天气、地区纬度等自然因素影响。

　　20世纪中叶以来，进入太空发展太阳能发电开始被人们关注并逐渐成为重点研究方向。1968年，美国航空航天工程师彼得•格拉塞（Peter Glaser）首次提出了关于空间太阳能系统的设想：设计一个极其巨大的太阳能电池阵，由它聚集大量阳光，利用光电转换原理实现发电，再以微波形式传输到地球上，然后通过天线接收经整流转变成电能，送入全国供电网供用户使用——空间太阳能电站主要由“发”“送”“收”三部分组成；之后近十年，美国政府投入了约5000万美元对上述设想进行研究，直到1979年美国科学家提出了全世界第一个具体概念方案即“1979SPS基准系统”，该方案用一个50平方公里的单晶硅太阳能电池板接收70GW能量，再用一个直径为1km的微波发射天线向地球输送9GW的直流电。由于难度大、效率低、耗资巨大，美国对该方案的研究曾一度停滞；2012年，NASA发布了ALPHA方案，通过多组六边形反射镜，将日光一次或多次反射到底部的光伏电池上；日本对微波无线能量传输技术的研究一直处于世界领先水平，在发展太空电站上具有天然优势。2017年，日本公布了发展路线图，成为世界上首个将开发商业化太空电站正式列入国家航天计划的国家。

　　空间太阳能电站是一个非常庞大的系统工程，其重量、尺度方面远超现有航天设施，因此人们将其称为航天与能源领域的“曼哈顿工程”。到目前为止，仅有日本于2015年3月在兵库县三菱电机试验场进行过一次无线供受电系统的实验，其他国家尚停留在概念构想阶段，全球只有中国真正进入了地面验证阶段。

　　中国：后起之秀奋力“逐日”

　　相较美日等发达国家，中国在空间太阳能电站方面进入最晚、但发展最快，尤其在光伏技术方面已领先其他国家。近日，由中国电子学会主办的第十六届中国电子信息年会在珠海召开，中国工程院院士、西安电子科技大学（以下简称西电）教授段宝岩团队在会上介绍了空间太阳能电站“逐日工程”的研究情况。

　　2013年，《关于尽早启动中国太空发电站关键技术研究的建议》的院士联名建议案被通过；2014年，工信部、发展改革委、科技部等16个部委组织国内130余位专家，用一年时间完成了《中国太空发电站发展规划及关键技术体系规划论证报告》；同年，段宝岩团队提出了“欧米伽（OMEGA）空间太阳能电站设计方案”。

　　这一方案与美国的阿尔法（ALPHA）设计方案相比有三大优势：控制难度下降，散热压力减轻，功质比（天上系统的单位质量所产生的电）提高约24%。2018年，中国空间太阳能电站实验基地在璧山启动建设，项目总占地面积约200亩，其中核心试验区约为106亩。与此同时，西电校园内架起了一个75米高的钢结构支撑试验塔，塔上安装了聚光镜、光电转换系 统和发射天线，可以在50~60米的高度上向地面进行无线传输。2018年12月23日西电空间太阳能电站研究项目被命名为“逐日工程”，与璧山项目同时启动。

　　终极目标：实现天地传输

　　“空间太阳能电站研究是目前全世界的研究热点，各国先后做出了探索，其中日本于2015年开展了55米距离的微波无线传能实验，验证了基于5.8吉赫频率、固态源和相控阵体制下的传输，传输效率为9.88%，在微波无线能量传输技术方面暂处世界领先地位。”段宝岩介绍道，“但日本的这种试验系统依然不是全链路的，缺少了从光到电的过程，他们的技术优势集中在从发射天线到接收天线这一链路。”他补充说，“而西 电搭建的‘逐日工程’空间太阳能电站地面验证系统，是全链路全系统的，实现了从跟日、聚光、光电转换、微波发射到微波接收整流等完整过程。”

　　“空间太阳能电站研究是能源领域的‘曼哈顿工程’，涉及的技术领域非常多，最终实现天地之间的传输需要几代人的连续奋斗。”段宝岩说，“未来，空间太阳能电站可以成为轨道中的‘太空充电桩’，为太空运转的各类航空器以及地面运转的移动设备供电。目前中小卫星需要携带庞大的太阳帆板进行充电，但其效率较低，当卫星运行到地球阴影区时便无法充电。如果有了‘太空充电桩’，卫星只需架设可收展的接收天线即可充电，就像加油站一样。此外，一旦地面无线充电桩的构想获得突破，便能在边远地区供电、救灾、突发事件无线供电以及降低恶劣气候影响方面大展身手，还可直接应用于对军用卫星、空间武器、大型舰船、地面军事设施的无线供电，特别是在军用应急雷达、平流层飞行器、无人机群等无线供电方面，可确保持续、灵活、可靠、实时的能源供应”。2022年6月，世界首个全链路、全系统的空间太阳能电站地面验证系统顺利通过验收。段宝岩表示，接下来，团队将在目前已经实现的一对一传输基础上，探索微波大功率无线传输一对多等方向。