在轨卫星也能“无线充电”？

当我们每天熟练地给手机插上充电线，或者把手机放在无线充电板上充电时，很少有人会想到，远在数百公里外绕地飞行的卫星，一旦电量告急，该怎么办？传统模式中，卫星全靠自带的太阳能帆板“自给自足”，一旦帆板被空间微陨石击穿，或是卫星进入地球阴影区，见不到阳光，立刻就会陷入能源危机，甚至直接提前结束任务。

而近日，我国逐日工程研究团队取得的突破，让这个问题有了全新的答案。研究团队成功研制出空间太阳能电站地面验证系统，在百米距离实现千瓦级功率微波无线能量传输，标志着空间太阳能电站技术向工程化应用迈出关键一步。

给飞驰卫星“隔空充电”靠微波

在此次测试中，数据显示，百米距离下直流-直流传输效率达到20.8%，输出功率1180瓦，微波波束收集效率高达88%；同时完成的无人机试验中，系统在时速30公里、距离30米的条件下，实现了143瓦直流稳定接收。这一技术被形象地称为“太空微波充电桩”，其需要在太空预定轨道建设空间太阳能电站，用微波无线传能的方式，直接把能量送给太空中需要补能的航天器。

从技术原理来看，这套系统的工作流程其实并不复杂。太空中的聚光装置先把太阳光收集起来，通过光伏电池把太阳能转化成直流电能，再把直流电转换成微波能量，然后精准对准需要充电卫星的天线，发射微波波束。卫星上的天线接收到微波能量后，再把它重新转换回直流电，就能直接给卫星上的设备和电池供电。整个过程不需要任何导线连接，完全靠微波“隔空”完成能量传输。

可能有人会问：这和我们日常使用的手机无线充电不是一样的吗？其实二者的技术难度完全不是一个量级。手机无线充电靠电磁感应，传输距离只有几厘米，功率也就十几瓦；而太空微波传能未来要实现从36000公里外的地球同步轨道到地面，或是从地球同步轨道到低轨卫星的传输，距离跨度及功率都是手机无线充电的数亿倍。

给高速飞行的在轨卫星“无线充电”，可以拆解成4个关键环节。

第一个环节是太空“采能”，也就是收集太阳能。逐日工程采用的欧米伽方案，是用分布式小聚光镜把太阳光集中汇聚到中央的光伏电池阵上，这样可以大幅提升光电转换效率。

第二个环节是光电转换，就是把收集到的太阳能转换成电能。太空高辐射、极端温差的恶劣环境对光伏电池的可靠性、稳定性要求远高于地面，而且为了能把整个电站发射上天，所有器件都要尽可能做到轻量化、小型化。

第三个环节也是最核心的环节，就是微波无线传能，把电能转换成微波能量，精准发射出去。

第四个环节就是接收变流，卫星上的接收天线接到微波能量后，通过整流电路把微波能量重新转换成直流电。

能“上天”“入地” 能走进日常生活

尽管取得了诸多突破，但距离真正在太空建成实用的“无线充电站”，还有很长的路要走。目前只是完成了地面百米级的验证，要把系统搬到36000公里外的地球同步轨道，至少还要闯过四道核心难关：器件的太空生存考验、超远距离传输的精准聚焦难题、超大型空间结构的在轨组装与控制、工程化的成本问题。

很多人觉得“太空微波充电桩”是航天领域的高科技，和普通人没关系。其实这项技术的突破，不仅会彻底改变航天产业格局，还会走进人们的日常生活，给能源、交通、应急等很多领域带来颠覆性变化。

最直接的改变就是航天领域。有了“太空微波充电桩”后，卫星随时可以补能，重量能够减轻30%以上，从而腾出更多空间搭载载荷，执行更多任务，续航时间也能延长好几倍。

而对于普通人来说，最直接的感受就是卫星服务会更稳定、更便宜。人们平时使用的手机导航、卫星互联网、天气预报都依赖在轨卫星。卫星不会因为缺电而罢工，人们就能享受到更稳定的服务。而且卫星成本下降了，发射更多卫星的门槛也会更低，未来卫星互联网的资费就会越来越便宜。如今地面无线充电普遍面临距离短、功率小的问题，如果大功率远距离无线传能技术获得突破，就能解决这些问题。未来电动汽车开在路上，就能通过埋在路面下的微波发射装置边行驶边充电，不需要停下来找充电桩；无人机可以一直飞，不需要返航，从而实现24小时不间断巡检；偏远山区、海岛不用架电线，就能通过微波传输获得稳定的电力。这对我国的乡村振兴、海洋开发都有巨大的价值。 据中国航天报