中國空間太陽能電站研究的開拓者
——王希季院士

楊璐茜 祁首冰 侯欣賓

（1北京空間科技信息研究所，2 錢學(xué)森空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)室）

王希季院士

2021年，是中國共產(chǎn)黨成立100周年。百年征程波瀾壯闊，百年初心歷久彌堅(jiān)。

有這樣一位老人，他與中國共產(chǎn)黨同齡。他，就是“兩彈一星”功勛獎?wù)芦@得者、中國科學(xué)院院士、國際宇航科學(xué)院院士——王希季。2021年7月26日，將迎來他的100歲生日。

王希季院士是我國空間技術(shù)專家，空間事業(yè)的創(chuàng)始者和組織者之一；他主持研制了我國第一枚液體燃料探空火箭，并發(fā)射成功；他提出了我國第一枚運(yùn)載火箭“長征一號”的技術(shù)方案，并負(fù)責(zé)研制，最終成功將中國首顆人造衛(wèi)星“東方紅一號”送上太空；他負(fù)責(zé)完成了我國第一顆返回式衛(wèi)星的技術(shù)設(shè)計(jì)，并首發(fā)成功，使中國成為世界上迄今為止僅有的三個掌握返回式衛(wèi)星技術(shù)的國家之一。他更是我國空間太陽能電站研究的奠基者和開拓者，提出發(fā)展空間太陽能發(fā)電站是解決中國能源問題的根本出路。

空間太陽能電站是指在空間將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，再通過微波或激光等方式將能量傳輸?shù)降孛娴碾娏ο到y(tǒng)。1968年，美國的彼得·格拉賽（Peter Glaser）博士首次提出發(fā)展空間太陽能電站的具體構(gòu)想。作為一個頗具前景的能夠提供新能源的巨大空間系統(tǒng)，其對空間技術(shù)的帶動作用對于各主要航天國家具有很大的吸引力，得到了各國的長期關(guān)注和研究。

20世紀(jì)，空間太陽能電站的研究重心主要在美國和日本。美國在20世紀(jì)70年代末和90年代末曾組織開展了兩次較大規(guī)模的研究工作。近年來，以美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）和諾格公司（Northrop Grumman）等為主的軍事部門加大了在此領(lǐng)域的研發(fā)力度，將投資1億美元，在2025年前開展關(guān)鍵技術(shù)空間驗(yàn)證。日本從20世紀(jì)80年代起開展了持續(xù)的研究工作，特別是在無線能量傳輸技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先地位。2018年，韓國也啟動了空間太陽能電站領(lǐng)域的研究項(xiàng)目，并提出初步的發(fā)展計(jì)劃。目前，英國政府也正在評估空間太陽能電站發(fā)展的可行性。中國自20世紀(jì)末在王希季院士的倡導(dǎo)和引領(lǐng)下，開展空間太陽能電站方案及技術(shù)研究，在系統(tǒng)方案和部分關(guān)鍵技術(shù)方面取得重要進(jìn)展，成為國際關(guān)注的重點(diǎn)。

“上書”發(fā)改委，中國空間太陽能電站計(jì)劃亮相

王希季院士早在多年前就提出空間資源利用問題，把發(fā)展空間太陽能利用作為一條解決能源短缺問題的出路。他曾說：“研究空間太陽能利用涉及到全世界能源的根本問題。直到現(xiàn)在，全世界還沒有找到數(shù)量足夠多、質(zhì)量又足夠好的可再生新能源來替代石化能源。水能量有限，全都用上也只能解決總能量需求的百分之十幾；風(fēng)和地面太陽能發(fā)電很不穩(wěn)定，有風(fēng)、有陽光則有電，無風(fēng)、無陽光則無電，風(fēng)大、光強(qiáng)發(fā)電多，風(fēng)小、光弱發(fā)電少。要穩(wěn)定風(fēng)能，地面太陽能發(fā)電需要解決很多環(huán)節(jié)的技術(shù)問題，儲能設(shè)備是一條出路，但又涉及到儲能設(shè)備的研制和建設(shè)費(fèi)用、占據(jù)面積等很多問題。盡管目前我國對風(fēng)能、地面太陽能利用給予補(bǔ)助，但是這種傾斜政策只是短時間的，不可能持久下去，因此從根本上解決能源危機(jī)的有效途徑就是要研發(fā)和建設(shè)空間太陽能電站。”

2006年8月1日，中國空間技術(shù)研究院組織進(jìn)行了“空間太陽能電站發(fā)展必要性及概念研究”研討會，建議開展“空間太陽能電站概念及我國發(fā)展思路的研究”，重點(diǎn)研究我國是否需要發(fā)展空間太陽能電站。3年后的2019年8月12日，一場“航天發(fā)展論壇”在中國空間技術(shù)研究院召開，王希季院士提議會議以“建設(shè)中國的空間太陽能電站”為主題，并親自指導(dǎo)完成了《建設(shè)中國的空間太陽能電站》報告，認(rèn)為中國具有發(fā)展空間太陽能電站的良好條件。

2010年8月，首屆空間太陽能電站發(fā)展技術(shù)研討會在北京召開，王希季院士擔(dān)任大會主席。會議圍繞國際空間太陽能電站發(fā)展現(xiàn)狀與概念分析、空間太陽能電站應(yīng)用及需求分析、大型航天器總體技術(shù)、無線能量傳輸技術(shù)和空間大功率太陽能發(fā)電技術(shù)進(jìn)行研討與交流。舉行空間太陽能電站發(fā)展技術(shù)全國范圍內(nèi)的研討會，在我國還是第一次。

2011年，王希季院士負(fù)責(zé)的中國科學(xué)院學(xué)部咨詢評議項(xiàng)目——《空間太陽能電站技術(shù)發(fā)展預(yù)測和對策研究》結(jié)題完成。該項(xiàng)目建議國家發(fā)改委盡快抓總空間太陽能電站的論證和頂層設(shè)計(jì)，指出建設(shè)空間太陽能電站是巨大的工程，電站的規(guī)模、能源的產(chǎn)地和無線電能傳輸方式都前所未有，可能會引發(fā)新的技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)革命；誰引領(lǐng)空間能源的開發(fā)利用，引領(lǐng)航天事業(yè)，就可能引領(lǐng)全球。項(xiàng)目以明確的發(fā)展目標(biāo)和指導(dǎo)思想，提出了發(fā)展路線圖和工程初始方案論證。中國的空間太陽能電站計(jì)劃首次亮相。

指導(dǎo)規(guī)劃論證，中國空間太陽能電站建設(shè)藍(lán)圖初現(xiàn)

作為開發(fā)利用空間資源的重要手段，空間太陽能電站主要包括三大部分：太陽能發(fā)電裝置、能量轉(zhuǎn)換和發(fā)射裝置，以及地面接收和轉(zhuǎn)換裝置。發(fā)展空間太陽能電站，可為地面提供商業(yè)化的、大規(guī)模的電力供給，解決人類長期對于穩(wěn)定的可再生能源的需求問題。同時空間太陽能電站在偏遠(yuǎn)地區(qū)供電、緊急供電、航天器供電和調(diào)節(jié)環(huán)境等方面具有重要的應(yīng)用前景。同時，空間太陽能電站的發(fā)展也將為更為長遠(yuǎn)的月球太陽能電站的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

王希季院士表示，利用空間太陽能解決我國及世界未來的能源問題，是符合科學(xué)發(fā)展觀的明智之舉。

2014年5月，王希季院士發(fā)起并作為會議執(zhí)行主席參加以“空間太陽能電站發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn)”為主題的第499次香山會議。會議圍繞空間太陽能電站發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)、高功率能量轉(zhuǎn)換與傳輸中的科學(xué)與技術(shù)問題、空間太陽能電站發(fā)展的環(huán)境與政策分析等議題，對我國開展空間太陽能電站研究的必要性、可行性及技術(shù)路線和政策進(jìn)行了充分研討，并提出了具體意見。會議指出，空間太陽能電站面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)使其對多個領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和新技術(shù)開發(fā)具有巨大的牽引和帶動作用；應(yīng)適時啟動重大研究專項(xiàng)，通過持續(xù)有序的研發(fā)，力爭取得重要的技術(shù)突破；建議在國家層面組織成立一個長期的論證組，不斷優(yōu)化發(fā)展路線，積極推動該領(lǐng)域的發(fā)展；要探索新型商業(yè)模式和創(chuàng)新的投資機(jī)制，積極參加相關(guān)國際交流，爭取我國在該領(lǐng)域的國際地位。

也正是在這一年，國家層面組織專家開展了“空間太陽能電站發(fā)展規(guī)劃及關(guān)鍵技術(shù)體系”論證工作。王希季院士作為高級顧問，指導(dǎo)撰寫了一系列論證報告，提出我國空間太陽能電站發(fā)展規(guī)劃建議：中期目標(biāo)是在2030年左右建設(shè)兆瓦級空間太陽能試驗(yàn)電站，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急供電并開展科學(xué)研究；遠(yuǎn)期目標(biāo)是在2050年前具備建設(shè)百萬千瓦級商業(yè)化空間太陽能電站的能力，滿足國家可持續(xù)發(fā)展對能源安全的戰(zhàn)略需求。

王希季院士（左四）出席第二屆全國空間太陽能電站發(fā)展技術(shù)研討會

研討會上，王希季院士（右一）與孫家棟院士親切交流

規(guī)劃之筆“落地生花”，中國空間太陽能電站發(fā)展迎來“里程碑”

空間太陽能電站是具有前瞻性、創(chuàng)新性、帶動性的重大航天工程，空間太陽能電站領(lǐng)域的需求能牽引重型火箭等眾多領(lǐng)域的發(fā)展，空間太陽能電站領(lǐng)域的技術(shù)突破能帶動許多其他領(lǐng)域的技術(shù)突破。

2017年，“第二屆全國空間太陽能電站發(fā)展技術(shù)研討會”在北京召開，王希季院士為大會名譽(yù)主席。會上，他與孫家棟、張履謙、楊士中、葛昌純、龍樂豪、范本堯、段寶巖、劉吉臻、張廣軍等10余位院士以及200余位會議代表，深入交流了我國空間太陽能電站發(fā)展規(guī)劃、系統(tǒng)方案和關(guān)鍵技術(shù)的研究進(jìn)展。

2018年5月，在對國際空間太陽能電站50周年會議的賀詞中，這位年屆9旬的老人表達(dá)了對空間太陽能電站發(fā)展的美好憧憬：“空間太陽能電站作為一個革命性的領(lǐng)域?qū)槿祟惿鐣篮蒙鷳B(tài)環(huán)境的建設(shè)和能源的可持續(xù)發(fā)展帶來福音。希望通過廣泛的國際交流和合作共同推進(jìn)這一領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，及早實(shí)現(xiàn)空間太陽能發(fā)展這一人類共同的夢想?！?/p>

2020年9月，王希季院士倡導(dǎo)成立的“中國宇航學(xué)會空間太陽能電站專業(yè)委員會”（以下簡稱“專委會”）正式獲批，并于2021年3月正式成立。王希季院士受聘為專委會終身顧問。這是中國空間太陽能電站發(fā)展征程中的一座新的里程碑，專委會為廣大科技工作者提供專門的交流平臺，共同聚焦空間太陽能電站技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用前沿，搭建發(fā)布技術(shù)進(jìn)展的有效窗口和專業(yè)人才成長基地，為我國航天強(qiáng)國建設(shè)和航天事業(yè)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

矢志不渝謀發(fā)展，中國空間太陽能電站發(fā)展蒸蒸日上

“千里之行，始于足下?！睆陌l(fā)起倡議到論證規(guī)劃，王希季院士充分認(rèn)識到利用太陽能是可持續(xù)發(fā)展，是解決全球能源危機(jī)和氣候變化的可行的重要途徑，認(rèn)清建設(shè)空間太陽能電站任務(wù)的艱巨，始終一步步、有序高效地推動著中國空間太陽能電站的研發(fā)。中國空間技術(shù)研究院、上海航天技術(shù)研究院、西安電子科技大學(xué)、重慶大學(xué)、四川大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)等科研院校和機(jī)構(gòu)，針對空間太陽能電站總體、結(jié)構(gòu)、控制、微波能量傳輸、激光能量傳輸?shù)认嚓P(guān)技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了幾種獨(dú)特的空間太陽能電站總體方案，在無線能量傳輸技術(shù)方面也接近國際先進(jìn)水平。我國在空間太陽能電站研究方面初步實(shí)現(xiàn)了從“跟跑”到“并跑”的轉(zhuǎn)變，成為國際上推動空間太陽能電站發(fā)展的重要力量。

2020年，中國第一部空間太陽能電站領(lǐng)域的著作《空間太陽能電站概論》正式出版。王希季院士在序言中對中國空間太陽能電站發(fā)展寄予厚望：“我國空間太陽能電站的研究工作經(jīng)過十年多的發(fā)展，在系統(tǒng)方案和部分關(guān)鍵技術(shù)研究方面取得了重要的進(jìn)展，我國專家也提出了空間太陽能電站的發(fā)展規(guī)劃與分階段實(shí)施路線圖建議。中國正在成為推動國際空間太陽能電站發(fā)展的核心力量。我國科研人員應(yīng)當(dāng)抓住機(jī)遇、面對挑戰(zhàn)、加快研發(fā)，推動中國成為第一個建設(shè)空間太陽能電站的國家，為我國的航天強(qiáng)國建設(shè)貢獻(xiàn)力量。”