地球上的能源迟早会用完,这件事不是危言耸听,而是写进教科书的基本事实。煤炭还能烧几百年,石油顶多撑到下个世纪,核能的原料铀矿也不是取之不尽。
人类文明走到今天,能源问题已经不是某个国家的麻烦,而是整个地球都得面对的难题。
就在这个节骨眼上,中国抛出了一个让全球科学界都眼睛发亮的方案——把发电站造到太空去,直接在距离地面3.6万公里的轨道上收集太阳能,再把电力传回地面。
这个方案听起来像科幻小说,但它有名字、有规划、有时间表,它叫’逐日工程’。你有没有想过,有一天家里的电,真的来自三万六千公里之外的太空?
1968年,美国一位名叫彼得·格拉泽的科学家在学术期刊上发表了一篇论文,内容大致是说,如果把太阳能电池板送上地球轨道,就能绕开地面上一切干扰因素,稳定收集来自太阳的能量。
这个想法在当年属于超前到没有人认真对待的那种,毕竟那会儿人类刚刚把宇航员送上月球,光是把人送出去再接回来就已经耗费了天文数字的资源,遑论把发电设备架在太空里。
格拉泽的构想在此后几十年里一直停留在纸面上,偶尔被翻出来讨论一轮,又被束之高阁。不是因为思路有问题,而是技术条件根本跟不上。
要实现太空发电,需要解决的问题多得像一座山,材料轻量化、无线能量传输、大规模在轨组装……每一个单拎出来都足够一个国家的顶级团队研究几十年。
时间走到21世纪,全球能源格局开始出现裂缝。极端天气频发,化石燃料价格剧烈波动,各国争相宣布碳中和目标,清洁能源的压力越来越大。
这个时候,格拉泽当年那篇论文被越来越多的工程师和政策制定者重新翻出来,大家开始认真核算:这条路,到底走不走得通?
中国在这个时间点开始加速。2014年,国家发改委牵头,能源、航天、电力、材料等十六个部委坐在一起,召集了一百三十多位各领域专家,做了一次规模空前的论证。这次论证的结论是:做,而且要作为国家级超级工程来推进。
逐日工程就此正式立项。从一个美国科学家五十年前的设想,到中国国家层面的战略部署,这条线走了整整半个世纪。
很多人第一反应是:地面上能建风电、水电、光伏,为啥非要跑到太空去搞这么复杂的工程?这个问题问得很实际,答案也很实际。
先说地面太阳能最根本的短板。白天有太阳,晚上没有;晴天能发电,阴天效率直接打折;高纬度地区冬天日照时间短,夏天才稍微好一点。
这些问题不是工程能解决的,是地球自转和大气层共同决定的物理现实。再精密的地面光伏板,一天里真正高效发电的时间也就几个小时。
太空里完全是另一回事。在地球同步轨道上,卫星绕地球转的速度和地球自转同步,相当于悬停在固定位置不动。
这个高度的太阳能电池板,一年里有超过99%的时间能直接接收太阳辐射,没有大气层的吸收和散射,没有云层遮挡,也没有昼夜的概念。按照工程测算,同样面积的太阳能板,在这个轨道上接收到的能量是地面的六到八倍,而且能做到全年近乎不间断地工作。
这个差距一旦放大到工程尺度,数字就很惊人了。按照逐日工程的规划,在轨道上铺满一圈宽度约一公里的太阳能带,一整年收集的能量规模,足以覆盖一个大型经济体相当长时间的能源需求。当然,这是理论上限,实际传输过程中会有损耗,但即便打上相当大的折扣,收益也远超地面同等投入的光伏项目。
更关键的一点是,太空电站的能量来源是太阳,而太阳还能稳定燃烧五十亿年,这个数字对人类文明来说等同于永久。地面上的化石燃料再丰富也有枯竭的一天,太空太阳能从根本上跳出了资源总量有限这个框架。
太空里发了电,怎么运回地面,这是整个工程最核心的技术挑战。线缆肯定不行,三万多公里的距离,线缆重量本身就是天文数字,更别说维护。逐日工程选择的路线是无线传能,具体分两条技术路径:微波传输和激光传输。
微波传输的逻辑是这样的:太空电站把收集到的电能,先转化成特定频率的微波信号,向地面发射,地面建设专门的接收阵列,把微波再还原成电能。
微波的穿透能力很强,能穿过云层和雨雾,受天气影响小,传输效率在工程可实现的范围内也相对稳定。激光传输的原理类似,只是传能介质换成了高功率激光束,定向性更好,但对大气透明度的要求也更高。
2022年,逐日工程完成了一个重要里程碑:全链路、全系统的地面验证系统通过了国家验收。这套系统在地面上按照实际工程参数,把从发电到传输到接收的整套流程完整跑了一遍,验证了技术路线在工程上是可以实现的。
这一步的意义在于,它把逐日工程从理论设计带进了工程验证阶段,证明整个系统不只是纸上的数学推算,而是在物理上真实可行的。
2025年5月,央视发布了逐日工程的新进展公告,这次突破集中在微波无线传能的一个关键能力上:一对多目标传输。过去的技术验证阶段,一个发射源只能对接一台接收设备,整个传输通道是点对点的。新的技术突破实现了一个发射源同时向多个接收目标传输能量,并且维持了远距离、高功率、高效率三个核心指标。
这个突破在工程上意味着什么?意味着未来一颗太空电站可以同时给轨道上的多颗卫星充电,也可以同时向地面多个区域的接收站供电,整个系统的利用效率和覆盖范围都上了一个台阶。从点对点到一点对多点,这是无线传能技术从实验走向实用的关键一跳。
逐日工程解决的不只是地面供电的问题,它的定位更像是部署在太空里的一套能源基础设施。
先说卫星和空间站。现在在轨运行的卫星,大多数都带着巨大的太阳能帆板,有些设备帆板展开之后比卫星本体还大好几倍。这些帆板重、占地方,既影响卫星的机动能力,也限制了载荷设计的灵活性。
如果太空有公共充电基础设施,卫星就不需要再随身携带那么大的自发电系统,重量可以大幅压缩,多出来的重量可以换成更多的有效载荷,或者用来提高机动能力。空间站同理,长期驻守太空的设施对能源的需求量更大,稳定的无线供电能极大降低能源系统的复杂度和维护成本。
再往远处看,月球和火星的能源问题一直是深空探索的拦路虎。月球上有极夜区域,太阳能帆板在这些地方完全失效;火星离太阳更远,单位面积的太阳辐射强度只有地球附近的一半左右。如果逐日工程建立的太空能源传输网络能够扩展覆盖范围,未来在月球或火星建立基地,能源供给就不再是最优先的瓶颈问题。
地球上,太空电站的价值集中体现在那些常规电网触达困难的地方。远洋航行的船队,高原上的边防哨所,散落在大洋中的偏远海岛,这些地方架设地面输电线路的成本极高,有的根本就没有工程可行性。如果只需要在当地安装一套无线接收装置,就能稳定获取电力,这些地方的能源供给问题就从根本上得到了解决。
国防层面的潜在价值也不容忽视。高功率微波和激光传输技术的工程积累,天然与定向能武器系统的供能需求高度重合。持续稳定的大功率能量传输,能让需要高能量的军事装备摆脱携带大量能源的束缚,在机动性和持续作战能力上实现质的提升。
按照官方规划,2030年前后,逐日工程有望实现初步的太空电力应用,届时将有小规模的试验性供电投入使用。2050年,商业级别的太空电站将进入运营阶段,届时太空来电将不再是实验室里的演示,而是真实进入日常能源供给体系的一部分。
从1968年格拉泽的论文,到2050年商业运营,这条路整整走了八十年。八十年里,技术在积累,需求在增长,而推动这件事真正落地的,是一个国家级别的系统性工程意志。
