日本作為積極開展空間太陽能電站研究的主要國家之一，在無線能量傳輸技術(shù)的研究和試驗方面處于國際先進水平。2004年，日本正式將發(fā)展空間太陽能電站列入國家航天中長期規(guī)劃，形成了“官產(chǎn)學(xué)”聯(lián)合的研究模式。

根據(jù)2013年日本最新公布的航天基本計劃，空間太陽能電站研究開發(fā)項目已被列入國家七大重點發(fā)展領(lǐng)域，并作為三個國家長期支持的重點研究領(lǐng)域之一。

當(dāng)前亟待解決的五個關(guān)鍵技術(shù)

相當(dāng)于超大型地球同步軌道衛(wèi)星天線的空間太陽能電站，主要由三部分組成，即太陽光聚光裝置、能量轉(zhuǎn)換和發(fā)射裝置，以及地面接收和轉(zhuǎn)換裝置。其中，太陽聚光鏡與光伏電池陣裝置將太陽能轉(zhuǎn)化成為電能，能量轉(zhuǎn)換裝置將電能轉(zhuǎn)換成微波等形式，并利用天線向地面發(fā)送能束，地面接收系統(tǒng)利用地面天線接收空間發(fā)射來的能束，通過整流裝置將其轉(zhuǎn)換成電能以供使用。

作為大型工程，空間太陽能電站的發(fā)展必須盡早確定發(fā)展規(guī)劃與研究計劃，開展長期、持續(xù)的基礎(chǔ)性和前瞻性研究，解決其中共性與關(guān)鍵技術(shù)難題。目前，空間太陽能電站的關(guān)鍵技術(shù)難題主要有五個方面：即超大型空間天線系統(tǒng)輕量化設(shè)計、天線波束指向與控制、空間機器人組裝、機電耦合設(shè)計和低成本空間運輸。

超大型空間天線與聚光鏡系統(tǒng)設(shè)計方面，由于尺度在公里級，成本必須考慮，既要求高性能又要求輕重量、低成本。因此，亟待建立兼顧多學(xué)科、多尺度的設(shè)計模型，提出輕量化設(shè)計理論與方法。對空間聚光鏡、太陽能電池陣及發(fā)射天線進行深入研究，降低系統(tǒng)重量，解決空間太陽能電站的太陽能收集系統(tǒng)功率質(zhì)量比，以及發(fā)射天線結(jié)構(gòu)重量、輻射面積和散熱等技術(shù)難題。

天線陣波束賦形與指向控制方面，需要研究發(fā)射天線陣遠場或過渡場方向圖精確指向地面接收天線的孔徑中心、方向圖地面足印及接收天線孔徑的匹配問題。因此，由于同步軌道到地面的指向精度要求很難達到，需要研究合理的實現(xiàn)策略。

空間組裝方面，包括機器人（手）技術(shù)，亟待實現(xiàn)空間機器人的小型化、智能化，使其適應(yīng)太空微重力、大溫差、強輻射等極限工作環(huán)境；虛擬現(xiàn)實技術(shù)，開展虛擬現(xiàn)實環(huán)境下的裝配建模、操作定位及交互式裝配規(guī)劃與評價。此外，還應(yīng)進行地面縮比模型試驗，對空間太陽能電站的結(jié)構(gòu)性能、裝配性能及電性能等進行實驗研究。

空間太陽能電站大功率連續(xù)傳輸?shù)臋C電耦合問題也不容忽視?？臻g太陽能電站作為大型在軌運行系統(tǒng)，不可避免地存在多場、多因素、多尺度的耦合問題，其環(huán)境載荷、結(jié)構(gòu)參數(shù)對位移場、電磁場和溫度場有著巨大的影響，相互之間的機電耦合問題十分突出。為此，亟待開展多物理量在極端惡劣的空間環(huán)境下的相互作用機理、相互影響規(guī)律的研究，進而建立場耦合理論模型、挖掘影響機理。

由于空間太陽能電站的體積比國際空間站大許多倍，需要多次發(fā)射到近地軌道并進行組裝，再送往地球同步軌道，而目前人類最大的運載火箭近地軌道運載能力只有100噸，發(fā)射成本高。因此，需要研制低成本、大運載量的近地軌道運載器，以及高性能軌道間電推進系統(tǒng)。

中國空間太陽能電站研究

應(yīng)分階段穩(wěn)步推進

空間太陽能電站涉及機械、航天等數(shù)十個領(lǐng)域，是一個巨型系統(tǒng)工程，其實際規(guī)模將會超過美國已經(jīng)實施的“阿波羅計劃”，能夠帶動大批從事基礎(chǔ)和工程技術(shù)研究的高素質(zhì)人才培養(yǎng)，并有望引發(fā)一場新技術(shù)革命。