關(guān)于空間太陽能電站電磁波接收裝置的思考

[作者：侯欣賓 王立 張興華

書名：空間太陽能電站概論

出版社：中國宇航出版社

ISBN：9787515917887

出版時間：2020年8月

隨經(jīng)濟(jì)全球化不斷發(fā)展，能源短缺已成為世界各國面臨的重要問題。早在1968年，美國就提出了利用人造衛(wèi)星接收太陽能來產(chǎn)生電能，再將電能轉(zhuǎn)化成電磁波的形式，然后利用無線將電磁波傳輸?shù)降厍虻臉?gòu)想。隨著中國通信技術(shù)、信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，研發(fā)采用微波無線能量傳輸技術(shù)的空間太陽能電站電磁波接收裝置，能夠解決傳統(tǒng)電磁波接收天線穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，提高太陽能利用率，改善能源短缺局面。

由侯欣賓等編著的《空間太陽能電站概論》一書中，全面分析總結(jié)了從1968年起的50多年來國際空間太陽能電站的發(fā)展歷程，系統(tǒng)闡述了具有國際代表性的多旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)空間太陽能電站方案，同時對空間太陽能電站涉及的能量傳輸、組裝模式、經(jīng)濟(jì)性及法律環(huán)境等問題進(jìn)行了論述。全書共分為9個章節(jié)，其中，“空間太陽能電站設(shè)計基礎(chǔ)”等章節(jié)內(nèi)容對空間太陽能電站電磁波接收裝置進(jìn)行了研究，能夠拓寬電磁波的應(yīng)用思路，促進(jìn)中國太陽能事業(yè)的發(fā)展。

一、空間太陽能電站電磁波接收裝置的設(shè)計思路

由于空間太陽能電站電磁波接收裝置應(yīng)用在太空，其主要工作內(nèi)容是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，然后以微波形式發(fā)射到地面，因此，能量的傳輸與轉(zhuǎn)化就變得至關(guān)重要。根據(jù)《空間太陽能電站概論》對空間太陽能電站能量傳輸鏈路等知識的介紹，在進(jìn)行空間太陽能電站電磁波接收裝置設(shè)計時，需要重點(diǎn)考慮裝置的材料選擇。相較于傳統(tǒng)的電磁能量接收天線，超材料吸波體能夠?qū)⒌玫降碾娔軓谋巢繉?dǎo)出，性能更強(qiáng)。在進(jìn)行電磁波接收裝置基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要根據(jù)超材料吸波體的特性設(shè)計出金屬圖案，并合理設(shè)置金屬過孔及裝置負(fù)載電阻的位置，然后利用仿真軟件優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而得到滿足性能要求的采用超材料吸波體的電磁波接收裝置。

二、空間太陽能電站電磁波接收裝置研究現(xiàn)狀

自2008年起，中國已將空間太陽能電站的研發(fā)工作納入到國家先期研究規(guī)劃中。近年來，國家先后提出了平臺非聚光型、二次對稱聚光型、多旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)及球型能量收集陣列等空間太陽能電站方案，并且在無線能量傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)方面取得了重要突破。結(jié)合《空間太陽能電站概論》對空間太陽能電站關(guān)鍵技術(shù)與核心問題的闡述，在設(shè)置空間太陽能電站電磁波接收裝置時，首先，需要明確在裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)及介質(zhì)板電磁參數(shù)變化的影響下，裝置工作效率的變化更加規(guī)律；其次，在影響規(guī)律的基礎(chǔ)上，需要驗(yàn)證不同頻段內(nèi)的阻抗匹配程度，通過對裝置進(jìn)行電流與功率流的分析，能夠了解裝置感應(yīng)電流與能量的流動方向，進(jìn)一步探究裝置內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)化過程；最后，采用空心金屬螺旋對稱圓柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真處理，能夠得到空心螺旋對稱圓柱材料與裝置工作效率、諧振頻率的關(guān)系。

三、空間太陽能電站電磁波接收裝置的未來展望

根據(jù)《空間太陽能電站概論》中的內(nèi)容，筆者對空間太陽能電站電磁波接收裝置的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。1）未來應(yīng)通過完善采用超材料吸波體的電磁波接收裝置相關(guān)理論體系，設(shè)計出該裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)、電磁參數(shù)與工作波長關(guān)系的相關(guān)公式。2）深入研究采用超材料吸波體的電磁波接收裝置接收電磁波轉(zhuǎn)化能量的機(jī)理，并在考慮成本因素的情況下，研究出更適合應(yīng)用于該裝置的材料。3）由于采用超材料吸波體的電磁波接收裝置首次提出距今僅數(shù)年時間，相關(guān)理論與技術(shù)并不成熟，因此，對于空間太陽能電站的電磁波接收裝置還需作進(jìn)一步研究。

《空間太陽能電站概論》一書語言簡潔、邏輯清晰，不僅闡述了空間太陽能電站的研究背景與重要意義，還列舉了不同國家空間太陽能電站的發(fā)展概況，并簡要分析了空間太陽能電站電磁波接收裝置的設(shè)計思路及研究現(xiàn)狀，最后探究了該裝置的未來發(fā)展趨勢。此書內(nèi)容深入淺出，從多個角度分析了空間太陽能電站的可行性，十分適合理工專業(yè)大學(xué)生與相關(guān)工作者參考學(xué)習(xí)。