一部手机隔空传能就能自动充上电,这在现实生活中确实有一群中国科学家正在研究。西安电子科技大学段宝岩院士团队领衔的“逐日工程”宣布了新突破,他们在百米级距离上实现了千瓦级功率输出,并完成了一对多动目标微波无线传能地面实验。未来的目标是将充电桩搬到太空中,对卫星和地面的电子设备进行跨越万里的“隔空充电”。
有人可能会问,在地面建太阳能板不好吗?为什么要到太空发电?答案在于发电效率。地面上的太阳能受地理位置和天气影响,能流密度只有200-300瓦每平方米,而在地球同步轨道上,能流密度可以达到1360瓦左右,能够实现24小时不间断的能源收集和发电。
电站建在太空,不能直接用电线传输到地面,但可以通过微波实现。科学家需要把电能转换成微波,让其沿着既定方向前进,被接收天线捕获后,再转换成直流电。这听起来简单,但背后有许多技术和工程难题。例如,如何高效转换电能和微波,以及如何在超远距离传输中保持微波的队形和方向。
2022年,团队在一个模拟传输过程的地面实验装置上完成了“逐日工程1.0”阶段验证,实现了对单一固定目标的空间传能。这次,他们又实现了从单目标到多目标,从静止目标到动态目标的跨越。攻关初期遇到了很多困难,如目标丢失、波束打偏等问题。
为了解决这些问题,团队开发了一套“双向奔赴的呼叫机制”。飞行器快没电时会发送定位信号,地面发射天线接到信号后,毫秒内解算出位置并精准投送电能波束。通过这种方式,系统在户外测试中实现了百米级距离上1180瓦的电能输出,直流到直流传输效率从早期的15%提升至20.8%,波束收集效率高达88%。
预计2030年前后将开展兆瓦级在轨试验,2050年前建成吉瓦级商业化太空电站。这意味着在不久的将来,我们或许能用上来自宇宙的绿色能源,点亮万家灯火,为卫星续航,为深空探测补能,告别电量焦虑。