航天技术对国防的意义

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航天技术对国防的意义范文第1篇

——在航天领域方面，神七上天具有里程碑的重大意义。神舟七号是我国载人航天工程三步走战略的第二步中的第一步，是为我国建立宇宙空间站打好前哨战，在我国航天事业三部曲中属于承上启下重要作用。神舟七号首次搭载三名航天员升空，并且在轨运行中要实现一名航天员出舱行走，并释放一颗伴飞小卫星。如果一切都成功，我国将真正意义上的在太空中留下中华民族的脚印，也为今后的载人航天后续工程及其以后的探月工程和远地外太空探测打下一个坚实的基础和良好的开端。

——在国防领域方面，标志着我国已经初步具有进行太空防卫战的能力。神州七号和神舟六号飞船一样，具有太空变轨能力，这对突破敌方的弹道导弹防御系统具有非常重要的作用。释放伴飞小卫星，则预示着中国已经具有了在太空猎星的能力。对于神七的发射，美国及其盟国担忧其军事用途，从而增加中国在上面对外来干涉势力的威慑力。

——在经济领域方面，神舟七号飞船产业价值惊人。据粗略估算，目前，通过“神五”、“神六”带来的产业价值已经超过1200亿元。航天经济的产业链堪称各个经济类别中最长的，几乎无所不包。这个说法并不夸张。从能源、钢铁、新材料、电子、机械、通信等行业，到航天服装、航天食品涉及的纺织、服装加工、农产品、食品加工等行业，一次航天活动所涉及的产业，几乎涵盖了日常生活中的各个领域。实际上，关于航天活动的产业价值，国际上早有数据论证。据欧美多家研究机构评估，在航天领域每投入1元钱，将会产生8至14元的带动效应。美国耗资240亿美元进行阿波罗登月计划，科技成果转化为民用后，衍生出的产业价值超过2000亿美元。“神七”升空代表着中国火箭等技术的成熟，以及中国在载人航天飞船、太空行走等技术上的突破。“神七”不仅将带动航天产业的发展，未来还将给国民经济带来巨大动力。

——在政治领域方面，神舟七号发射成功对于增强国民凝聚力和自豪感有重要的意义。2008年对于中国来说可谓是多灾多难。521汶川特大地震灾害，各地不断的矿难事故，波及全行业的毒奶粉事件，一系列特大交通事故，让国人的眼中充满伤感的泪水，伤感这个国家的国民所遭受难以想象的灾难。北京奥运会，残奥会的成功举办，中国健儿一次次站在领奖台上为过争光，亦令国人眼中饱含热泪，为这个祖国感到骄傲，感到自豪。多难兴邦，这是温总理写在北川黑板上的一句话。的确，中华民族是个坚强不屈的伟大民族，灾难只会让国人的心更紧密的团结在一起，凤凰要在涅盘中得到永生，伟大的中华民族在灾难中得到永生。终于，神舟七号就要上天了，再大的灾难并没有吓坏我们，我们反而以一个个奇迹来向世界证明，中华民族是不可战胜的。

——在外交领域方面，神七的上天和太空漫步的成功，对于提高我国的大国地位，增强世界影响力，应对复杂多变的国际局势有着重要意义。我国航天事业起步晚，虽然与美俄两国还就有不小的差距，但是我们从来没有放弃追赶的步伐，有信心有能力有决心在未来的航天领域与美俄鼎足而立。一直以来，美俄两国长期垄断国际航天事业。2003年神舟五号成功上天，杨利伟成为中华民族历史上第一位由我国自行研制的航天器上天的中国人，打破了美俄长达半个世纪的航天垄断，成为第三个掌握载人航天技术的国家，极大的提升了中国的国际地位。神七成功发射，出舱活动顺利完成后，将进一步提高我国的国际地位，增强我国的世界影响力。目前，欧洲、日本、印度等国也在大力发展航天技术，可见，航天技术已经成为未来国际竞争力的一个重要指标

航天技术对国防的意义范文第2篇

作为两个同样历史悠久的文明古国，中国和印度是世界上两个最大的发展中国家，有着共同的发展目标，又面临相同的历史挑战。在西方世界的思考维度中，屡屡被摆在一起比较。

“超过中国”成兴奋点

印度《经济时报》网站的关键位置上刊登着头版文章的标题：“火星之旅：印度战胜中国”。

随着远在火星轨道上“曼加里安”号火星探测器陆续带回的好消息，印度全国都沉浸在一种欢乐与兴奋之中。

人们在庆祝印度首个火星探测创造的历史。它不仅是全世界唯一在首次火星探测任务中就获得成功的国家；而且仅用了美国人10%的成本；最重要的是，它用“简单的”“粗糙的”自主研发的技术装备――总重只有1.35吨、冰箱那么大的装置上，只携带了4台科研设备和一台照相机，以“扔铁饼”的方式――就为印度拿到了世界航空精英聚集的“火星精英俱乐部”的邀请卡。

去年11月5日，载有“曼加里安”号探测器的火箭从印度萨迪什・达万航天中心成功发射。“曼加里安”从此踏上了总里程6.66亿公里的火星之旅。但在印度之前，有许多国家发射过火星探测器，42次发射尝试只有18次成功。没有人想到印度会如此轻易就取得成功。

过去，我们总是认为印度的航天技术远不及日本和中国，甚至极有可能是垫底的。但是印度用事实证明了印度军事与国防总体能力在不断增强，并且已经做好准备为提高印度国际政治地位再添砝码。

《环球时报》登文指出，“印度探火星主要是从政治上考虑，要在航天领域拿一个亚洲第一。印度这次首先是要争取政治意义，之后才是工程意义，科学意义排在最后面。印度在卫星、探月、载人航天方面都没有拿到亚洲第一，甚至载人航天领域还是空白，所以急需借助这次探火星抢到一个亚洲第一。这次探火星不仅费心力找了一个空当，甚至还冒了很大的技术风险。他们在火箭推力不足的情况下，绕地球飞行20多天不断加速，借助‘扔铁饼’的方式把自己扔进地火转移轨道。”

有分析认为，开展空间探测计划，推动航天工业的快速发展，能够提升本国在国际航天舞台上的话语权，并有助于提升国内民众对国民经济发展的信心，从而带动国家经济快速向前发展。

“印度能做”的态度

中国的“萤火一号”输给了印度的“曼加里安”号。英国广播公司称，“迄今为止，中国在几乎任何太空技术方面都领先印度：拥有发射重量4倍于印度的火箭，已成功实施载人太空飞行；完成奔月使命。”

虽然中国航天界对于印度“曼加里安”号的成功也表示了祝贺，但是仍然有专家表示，中国实际已经具备了探测火星的实力，至于何时执行，实际上只是一个太空发展战略设计的问题。

嫦娥二号和三号总指挥顾问、总设计师顾问叶培建说，中国航天科研团队此前对于火星探测的设计也是“绕落回”三步走方案，他表示，按照现在的技术储备，“我们有能力搞一次既绕也落”。

不过，也有专家认为，中国可以去探火星，但绝不只是因为印度的成功。中国的深空探测还需要立足自身需要和节奏，别被别国打乱步子。中国的航天成就不需要用“探火”来证明。

当今亚洲的“龙象”之争，已不仅表现在经济上，也越来越多地表现在军事、科技、政治、外交和民主等方面。

没有人比印度总理莫迪更理解火星任务的现代化价值。

就在印度的火星计划饱受国际社会赞扬之时，莫迪迅速推出了“印度制造（Made In India）”计划，目的在于说服更多的企业在印度投资，提振印度萎靡的制造产业。

莫迪解释，就像印度能够成功发射卫星一样，一切都归功于“我们能做”的态度，印度的制造产业同样拥有勃勃的生机。

火星还树立了人们对教育的热情，就在“曼加里安”号进入火星轨道后，莫迪要求国内的每一所学校都必须花上5分钟来回味这个时刻，就像他们品味一场板球的胜利那样。火星任务让印度重新回忆起涌现大批杰出科学家的更早的一代，他们中的某些人是如何获得诺贝尔奖的。

航天技术对国防的意义范文第3篇

[关键词]碳纤维 预浸料 产业 发展 市场需求

中图分类号：D922 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）43-0178-01

1.引言

碳纤维以其优异的性能，广泛用于航空航天、能源装备、交通运输、建筑工程、体育休闲等各个领域，是国民经济和国防建设不可或缺的一种战略性新材料[1]。经过五十年的发展，我国碳纤维技术取得了可喜的进步。碳纤维产业已初具规模，能基本满足国内少数行业的应用需要[2]。碳纤维产业不仅包括聚合、原丝及碳纤维的生产过程，而且包括下游碳纤维预浸料的生产及复合材料的生产与应用，发展碳纤维产业需要加快推动预浸料技术的发展。目前，国内研究开发以及生产碳纤维相关产业的呼声很高，碳纤维生产热度不减，下游预浸料产业的发展必将迎来新的发展。

2.碳纤维预浸料及其市场情况

预浸料是树脂基体在一定的条件下浸渍连续纤维或织物，制成的一种包含树脂基体与增强体材料的组合物，是制造复合材料的中间材料。根据增强体材料的不同，预浸料可细分为玻璃纤维预浸料、碳纤维预浸料、芳纶纤维预浸料等不同种类。因碳纤维特性优良、用途广泛，碳纤维预浸料已发展成一个重要的分支，在复合材料领域占有举足轻重的地位。在碳纤维复合材料的应用中，预浸料所占的比重较大，大约70%以上的先进复合材料产品是经预浸料铺迭固化而成的。预浸料是先进复合材料的中间材料，它是复合材料结构的基本单元，复合材料的力学、化学性能在很大程度上取决于预浸料的内在质量。同时，复合材料的成型工艺也与预浸料的使用状态密切相关。随着材料技术的发展，碳纤维制品的应用不断得到市场认可，未来碳纤维预浸料市场需求潜力巨大。

2.1国内、外市场情况

碳纤维预浸料属于碳纤维行业下游产品。在国际上，碳纤维生产地主要集中在日本、美国、欧洲、台湾等国家和地区。其中，日本的碳纤维技术最先进，产量约占世界总产量的一半，美国消费量最大，约占世界消费量的一半以上。目前，全球每年碳纤维市场需求75000吨，并以每年10-15%的速率增长，在汽车轻量化和风能市场快速增长的驱动下，预计2020年全球碳纤维需求量将达150000吨。

2.2 碳纤维市场需求分析

航空航天领域是碳纤维材料的传统市场，据预测，航空器中碳纤维复合材料的使用量，在未来十年将以每年12%的速度继续增长。如空客A380飞机，碳纤维复合材料用量约占机身总重量的20%以上；波音787飞机结构材料有近50%需要使用碳纤维复合材料。同时，碳纤维复合材料在中小型客机中的需求也在快速增长。

碳纤维在汽车行业的需求前景也是一片光明。碳纤维复合材料传动轴、尾翼和引擎盖已经在汽车行业广泛应用，虽然现在仅用于豪华车型，但预计未来十年，随着生产成本的进一步降低，碳纤维将会在大众车型中迅速推广。日产汽车、本田汽车和东丽公司正联合开发汽车车体新型碳纤维材料，作为下一代汽车发展的新方向。参与这一行动的合作企业还包括三菱丽阳和东洋纺织，计划在2016年前后开始量产，使车体重量较传统钢材料减重40%，目前项目进展顺利。

2.3国内外主要碳纤维预浸料厂家

世界著名的预浸料公司包括东丽（Toray）、赫氏（Hexcel）、苏泰克（Cytec）、固瑞特（Gurit）和TenCate。这些公司的碳纤维预浸料产品在近几年呈现了新的发展趋势，表现为大丝束碳纤维预浸料在工业领域的应用优势凸显，单向碳纤维预浸料面密度达到600g/m2，这类超厚预浸料大大提升了预浸和后续铺放工艺的效率，在风电叶片和汽车领域具有广泛的应用。

国内碳纤维预浸料厂家主要集中在东南沿海省份，与国内碳纤维生产企样相似，普遍规模较小，技术水平相对落后，自动化程度不高。

3.生产技术与设备

预浸料生产设备最早专门用于生产航空航天预浸料产品，受西方技术禁运限制，我国碳纤维工业及其下游产品的发展受到很大制约。在此条件下，国内科研人员自力更生，从玻璃纤维窄带预浸料入手，逐渐发展了碳纤维窄带预浸机，中幅、宽幅预浸料成套设备，部分产品已达到并超过航空航天技术标准。与此同时，国外对碳纤维预浸料设备的限制已有所放宽，市场上已能见到少量进口预浸料成套生产设备。

随产品规格和产能不同，预浸料装备的投资规模大小不等。国内装备成功经验有限，尚处在不断摸索阶段，因此单线产能普遍较小，配套技术缺乏系统性。主要厂家有：威海光威宏程机电设备有限公司、大连橡胶塑料机械股份有限公司等。国外成熟的预浸料装备供应商包括：美国CDI公司预浸料生产设备（交钥匙工程），瑞士Santex预浸料生产设备等，均可提供配套生产、检测设备及其相关技术，市场认可率相对较高，但项目造价偏高。

考虑到预浸料储存条件的的特殊性，在生产预浸料产品前，需要有先做好销售渠道和工艺配方的准备工作，避免库存。因此，在市场渠道未完全建成之前，不宜大量库存，应以销定产。

4.发展建议

4.1以市场为导向，优先发展高效产业

在国际上，碳纤维行业流行这样一句话，“从原材料到碳纤维，价格从1变到3；把碳纤维加工成复合材料，价格可从3变到10”。不难看出，从碳纤维到复合材料，产业链延长，增加的附加值更多，最终碳纤维在复合材料中的成本将下降至20%～30%。

碳纤维织物与预浸料是碳纤维发展的中间环节，是联系生产与应用的必经之路，发展碳纤维预浸料势在必行，也是拉长产业链和提高碳纤维附加值的有效手段。根据宜兴天鸟与江山科技的发展经验，碳纤维预浸料与织物，属新型高性能复合材料，属国防军工企业基础材料，也是未来民用工业的先进替代材料。通用引进的宽度为1.2米的碳纤维预浸料生产线，既能满足军工所需，也能满足民品应用。

4.2加快产业转型，完善碳纤维产业链

积极开发碳纤维预浸料和织物的后续研究与加工，特别是针对国产碳纤维性能的预浸料产品开发。由于国内碳纤维生产企业数量多、规模小，进行碳纤维下游预浸料产品开发，可以迅速消除市场积压，形成布局完整、发展均衡的碳纤维产业链。同时，有利于避开投资巨大、竞争激烈、技术密集的碳纤维生产环节，便于国内大量中小企业汇集资源突破碳纤维下游应用环节。

考虑到未来国内碳纤维后续加工企业群体庞大，激烈竞争在所难免，企业应尽早布局，未雨绸缪。应着力开发新型市场，与国内航空航天设备制造、风电、汽车制造等行业联合，占领市场先机，为进一步扩大碳纤维织物及预浸料产能谋篇布局。

4.3加快自主创新能力提升

高性能碳纤维复合材料是国家材料科学发展重要组成部分，关系到国家战略性材料技术的发展。其技术进步与产业化水平的提升对推动社会相关行业发展具有重要意义。碳纤维预浸料生产行业不能满足于现有技术，走作坊式或小规模生产路线，应积极抓住国内碳纤维产业化快速发展的有利时机，提高自主创新能力，迅速完成行业技术进步，提高产业化先进水平，缩小同发达国家的差距。同时要积极学习和借鉴国外先进技术，完善相关机制，实现产、学、研、用有机结合。真正实现碳纤维及其复合材料的国产化自给，改变长期受制于人的被 动局面。

参考文献

航天技术对国防的意义范文第4篇

验证关键技术，

为今后打基础是“天宫一号”的任务

记者：能不能帮我们介绍一下已经顺利进入轨道的这位“老朋友”？

张柏楠：天宫一号是我国第一个低轨道、长寿命的大型载人航天器，它的设计寿命是两年，重8.6吨。

记者： 设计上有哪些利于航天员居住的特点？

张柏楠：主要分为两个舱。前舱实验舱是全密封环境，对接完成后航天员进舱进行工作、训练，一些必要的生活活动、睡眠等也都在这里进行。后舱是资源舱，内置动力系统、推进系统和能源。密封的实验舱内航天员活动空间有15立方米，相比神舟飞船有了很大扩展，更加适合航天员长时间居住。

记者：天宫一号在突破技术难关方面承担了哪些任务？

张柏楠：天宫一号作为目标飞行器，首先要配合神舟八号突破交会对接技术；一旦对接成功，神舟八号停靠关机，转由天宫一号控制两个飞行器飞行，这时又要考验其组合体控制技术。

记者：天宫一号在开启中国未来空间站建设的工程中，承担了哪些任务？

张柏楠：实际上天宫系列目标飞行器就是空间实验室的一个雏形，无论是天宫一号，还是后续陆续发射的载人航天器型号，主要任务都是要验证空间站的关键技术，为将来建造空间站打基础。

太空对接技术验证是实验的关键

记者：在与神舟八号的“太空之吻”中，天宫一号将扮演什么样的角色？

张柏楠：它是交会对接的“班组长”，扮演着一个引导者和指挥管理者的角色，始终掌控着工作进度。当神舟八号进入预定轨道，开始搜寻和探索天宫一号的倩影，这时天宫一号就会相应地向对方提供引导信号，告诉对方“我在这里”，并始终给追踪飞行器提供引导信息。等到双方终于“敖包相会”，实现对接后，神舟八号就将“大权”上交，安心地停靠在天宫一号身边，按照其指令和控制来飞行。这时，天宫一号不仅要控制好自己，还要照顾并控制好神舟八号飞船的状态。

记者：就是说天宫一号有着双重的管理任务？

张柏楠：是的。完成组合体的控制和管理，并非易事。以前卫星也好、飞船也好，都是自己管自己，而现在天宫一号不能再独善其身。对接完成后，天宫一号要为神舟八号供电，起码满足500瓦的供电能力，以补充飞船能源不足的问题，这同时也是对将来空间站整个能源系统统一调配、统一管理技术进行试验验证。整个组合体的姿态和轨道也都要由天宫一号来统一控制，控制重量翻了一番，等于从轻装上阵到负重前行，无论是指令还是遥测，双方都要重新适应。

记者：在技术上有哪些创新和探索？

张柏楠：天宫一号里有很多未来空间站会用到的技术和设备，比如大型控制力矩陀螺。飞船短期飞行靠发动机控制，中型卫星靠动量轮控制，而空间站这种大型空间设施则要靠力矩陀螺才能控制。此外，天宫一号应用的电池发电效率高达27%～28%，已经跟国际先进水平相差无几。在信息传输上，也改变了以往依赖地面的被动局面，转而依靠中继卫星实现更快更高效的通讯。在轨补加技术也是未来空间站的一个关键技术，天宫一号就可以实现推进剂在轨补充，其先进的金属膜壳储箱未来就可以直接应用于空间站的推进系统。

记者：天宫一号体现了中国载人航天的哪些特点？

张柏楠：用最小的试验样本突破关键技术，并获取最大的实验成果，即用最少投入换取最大产出。

我国的航天战略是

稳扎稳打，循序渐进

记者：您认为我国载人航天事业目前在国际上处于一个什么样的水平？

张柏楠：参与载人航天活动的国家很多，但是真正能够独立完整掌握载人航天技术的很少。前苏联加加林是第一个进入太空的航天员，美国的载人航天实力也相当强。相对而言，从技术水平和品种方面等，中国排在第三。

记者：中国的载人航天跟国外比有什么特点？

张柏楠：目标明确，而且务实高效。载人航天最开始是在冷战背景下出现的。当时前苏联和美国为了争世界第一，在这方面下的本钱非常大。美国阿波罗登月的时候，最高投入时航天载人投资占整个GDP的4%。我国1992年开始论证载人航天，那时有两个特点，今天来看非常英明。一是务实，不争第一，没有像前苏联、美国那样，你有什么我也得有，你有航天飞机我也得有。当时我参加过论证，那时候是航天飞机最热门的时候，当时咱们也论证过航天飞机的方案，但是在最后方案选择时，包括咱们的领导和专家非常务实，没有去赶时髦，认为还是飞船切合实际。另外在立项时，我们搞的是载人航天三步走战略，是以空间站为目标，一步一步实现最终目标。

发展航天技术，彰显强国实力

记者：有人说“中国要在世界上成为有影响的强国，航天发展是战略性的支持基础”，您如何理解这句话？

张柏楠： 这是因为它本身处于很特殊的地位。首先，地球的资源是有限的，但是空间资源是无限的，这是其他领域无法比拟的。第二，空间飞行器的特殊位置，轨道的位置应该说是非常有利的，这也是在地面很多无法替代的，这也是为什么有了导航、遥感、通讯等领域。空间的位置是有战略意义的。第三，从技术来讲，航天事业，包括载人航天事业，应该是综合运用了当前各个领域领先的技术，是整个国家技术水平的体现，它同时也可以带动整个技术的发展。所以整个航天的发展，各国都把它作为一个国家实力的象征。

记者：所以我国航天事业的发展引发了广泛的国际关注？

张柏楠：比如神舟飞船发射成功以后，当时的俄罗斯总统普京给主席发贺电，贺电是这么写的：“祝贺贵国在全面发展、成为现代世界强国进程中取得的重大进步。”实际上载人航天是一个标志，各国都是这么认为的，包括美国麻省理工学院最近也在研究载人航天发展，最后认为火箭也好，航天器也好，尤其是载人航天，认为它是国家实力和意志的标志。比如美国前总统约翰逊说，在全世界眼里，没说的，航天第一。什么都第一，但航天要是第二，就什么都第二了。所以它是对国家发展非常有力的战略支持和体现。

记者：我们已经进入了航天大国的行列，那是否可以说我们已经进入航天强国的行列？

张柏楠：我个人理解，大国和强国之间还是有差别的。作为大国来讲，就是数量和质量上的差别。比如从卫星发射数量来看已经位居世界第三，仅次于美国和俄罗斯。但是作为一个强国来讲，第一，不论干什么，包括航天事业，必须得满足社会和经济发展的需求，这是一个标准。第二是技术水平，数量多不等于你水平高，这是目前我国的普遍现象，这方面还是有差距的。第三，中国航天事业发展到现在，门类基本齐全了，各种卫星我国都有了，各个卫星门类的水平还是有差距的。第四，最需要创新的就是积极探索新的领域，就是别人没有干过、没有尝试过的东西我们来先做，这也是一个强国的标志。最后，影响力。你做的事情别人会关注、会倾听你的意见，甚至跟着你的意见来走。

记者：纵观全局来说，您认为我国航天事业发展的空间和后劲如何？

张柏楠：虽然这些年我国取得了很多成就，但必须客观来看问题，自己要冷静。只有承认有差距，发展才有动力。虽然咱们领域全了，但是各个方面还有差距。比如说遥感分辨率，就不能满足我国城市交通、资源，包括抗震救灾的要求。现在很多技术不能满足发展的需求，这就是差距。从后劲来讲，现在进入了一个非常好的阶段。因为大家承认有差距，这个时候才有动力。

航天技术对国防的意义范文第5篇

1 太空发电站的发展背景

太空发电站一般也称为空间太阳能电站（SPS或SSPS），它是指在空间将太阳能转化为电能，再通过无线能量传输方式传输到地面的电力系统。建造太空发电站是开发利用空间资源的重要手段，其整体构想最早由美国科学家彼得・格拉赛（Peter Glaser）于1968年提出。

太空发电站核心组成包括三大部分：太阳能发电装置、能量转换和发射装置、地面接收和转换装置。太阳能发电装置用于将太阳能转化为电能;能量转换装置用于将电能转换成微波或激光等形式（激光也可以直接通过太阳能转化），并利用发射装置向地面发送波束;地面接收系统用于接收空间传输的波束，通过转换装置将其转换成电能接入电网。整个过程将经历太阳能-电能-微波（激光）-电能的能量转变过程。

作为一种很有前景的可再生能源系统概念，太空发电站得到各航天大国的广泛关注。相对于地面太阳能电站，由于不受昼夜和天气的影响，太空发电站可以连续工作，太阳能利用效率高，同时在地面应急供电、减灾、空间供电、行星探测等方面也具有重要的应用前景。但目前其技术还很不成熟，在成本方面具有明显的劣势。国外提出发展太空发电站构想已经超过40年，但真正实现还需要几十年的时间。从20世纪90年代以来，随着世界能源供需矛盾和环境保护问题日益突出，以美国和日本为主的发达国家开展了广泛的太空发电站技术研究，目前已经提出几十种概念，并且在无线能量传输等关键技术方面开展重点研究。近年来，太阳能发电效率、微波转化效率以及相关的航天技术都取得了很大进步，为未来太空发电站的发展奠定了很好的基础。但太空发电站作为一个非常宏大的空间系统，需要开展系统的研究工作，在许多技术方面有待取得突破性进展。

2 国外太空发电站发展现状

太空发电站的广泛应用前景已引起了国际上的广泛关注。21世纪以来，随着世界能源价格的不断攀升和环境的日益恶化，越来越多的国家、组织、企业和个人，包括军方都开始关注空间太阳能这种取之不尽的巨大空间能源。

2.1 美国

美国在太空发电站概念提出后不久，以能源部和美国航空航天局（NASA）为主的政府部门投入大量的研究经费（4年间投入约5000万美元）进行太空发电站系统和关键技术研究，并且提出单个电站发电能力达到5GW的方案――“1979太空发电站基准系统”。后来，由于技术和经济可行性问题，以及核能项目和星球大战等计划的影响，后续十多年未开展大规模的研究工作。

1995年，美国启动了18个月的重新评估太空发电站可行性的研究――“Fresh Look”研究计划，提出了多种新型太空发电站概念方案（太阳塔、太阳盘等）。1999年，美国航空航天局开展了“空间太阳能探索性研究和技术”（SERT）计划，耗资2200万美元，提出了集成对称聚光系统和算盘式太空发电站等新概念，并且提出了太空发电站技术研究发展路线图建议，相关研究工作经过了美国国家科学委员会的评估，认为太空发电站在技术上是可行的。2003年，由美国航空航天局负责开展、国家科学基金会（NSF）参与了太空发电站方案与技术成熟化计划（SCTP）。2007年4月，国防部国家安全空间办公室（NSSO）成立了太空发电站研究组，组织国防部、美国航空航天局、能源部、学术界以及航天、能源等相关工业部门的170多位专家参与研究完成“太空发电站――战略安全的机遇”研究报告，引发新一轮太空发电站研究热潮。2009年，美国太平洋天然气与电力公司（PG&E）宣布，正式向Solaren公司购买200MW的空间太阳能电力，成为首个空间供电商业合同。2012年，在美国航空航天局创新概念项目支持下，提出了一种新的概念方案――任意相控阵太空发电站。

2.2 日本

日本是开展太空发电站技术研究较早的国家之一，也是积极开展空间太阳能发电研究的最主要国家。从20世纪80年代开始，日本就开始进行了广泛的研究。90年代起组织了15个专题研究组，陆续推出太空发电站2000、太空发电站2001、分布式绳系太空发电站系统等概念，并且在无线能量传输技术研究和试验（包括火箭搭载试验）方面处于世界领先地位，在世界上首次完成电离层无线能量传输（WPT）火箭试验和空间机器人帕兴网状天线试验。

2004年，日本正式将发展太空发电站列入国家航天长期规划。在经产省和日本宇宙研究开发机构（JAXA）的支持下，以无人空间飞行研究机构、三菱公司、石川岛播磨重工宇航公司、清水建设集团、京都大学、东京大学、神户大学等为代表的国家研究机构、企业和高校，形成“官产学”联合研究的模式。2009年，日本宣布以三菱公司为主的集团将在2030-2040年建设世界上第一个吉瓦级商业太空发电站系统，总投资额将超过200亿美元。根据2013年日本最新公布的航天基本计划，空间太阳能发电研究开发项目列入七大重点发展领域，并且作为3个国家长期支持的重点研究领域之一（其他2个为空间科学和深空探测领域、载人空间活动领域）。

日本提出的最新太空发电站发展路线图包括3个阶段。第一阶段：研究阶段，2020年前完成千瓦级地面无线能量传输试验，2020年开展低轨无线能量传输验证及百千瓦级系统验证。第二阶段：研发阶段，2030年前研发2～200兆瓦级系统，200MW系统为商业系统的1：5缩比模型，是最后一个验证系统。第三阶段：商业阶段，2035年左右实现1GW商业系统。

2.3 其他国家和组织

世界其他各主要航天国家，包括欧洲航天局（ESA）、俄罗斯、印度、加拿大等国家和组织都在开展相关研究工作。欧洲在1998年开展了“空间及探索利用的系统概念、结构和技术研究”计划，提出了名为“太阳帆塔”（Sail Tower SPS）的概念设计。2002年8月，欧洲航天局先进概念团队组建了欧洲太空发电站研究网。2010年，欧洲阿斯特留姆（Astrium）公司宣布，正在论证一个大型太阳能发电卫星验证项目，将采用激光无线能量传输方式。2012年，俄罗斯专家也提出了新型的基于激光无线能量传输的中继式太空发电站概念，并提出分阶段的发展路线建议。2010年，美国、印度发表联合报告“卡拉姆-国家空间协会能源技术全球倡议”，将发展太空发电站作为美印战略合作的一个重要方向。

相关国际组织也积极开展太空发电站相关领域的研究工作。国际无线电科学联盟于2007年正式发表了《太阳能发电卫星白皮书》。2011年10月，国际宇航科学院（IAA）研究报告《太空发电站――第一次国际评估：机遇、问题以及可能的前进路线》正式出版。

21世纪以来，更多的国家开始关注并开展太空发电站相关的研究工作。但由于系统规模巨大，需要的技术跨越性极大，真正商业意义电站的实现还需要几十年的时间。作为一个巨大的空间工程，太空发电站对于国家能源安全和技术的革命性发展都有重大的意义，但需要一个协调的国家级甚至国际级的发展计划和规划。

2.4 典型太空发电站概念

1）1979太空发电站基准系统。它是第一个太空发电站系统方案，以全美国50%的发电量为目标进行设计，由美国在1979年完成。其设计方案为在地球静止轨道（GEO）上布置60个发电能力各为5GW的发电卫星。考虑到微波对于生物的影响，该设计方案中微波波束到达地面时的功率密度在波束中心大约为23mW/cm2，边缘只有1mW/cm2。

2）集成对称聚光系统。美国航空航天局在20世纪90年代末的SERT研究计划中提出了新一代的集成对称聚光系统的设计方案。采用了位于桅杆两边的大型蚌壳状聚光器将太阳能反射到2个位于中央的光伏阵列。聚光器面向太阳，桅杆、电池阵、发射阵作为一体，旋转对地。聚光器与桅杆间相互旋转维持每天的轨道变化和季节变化。

每个聚光器由36面平面镜组成，直径为455.5m，表面平面度为0.5°，镜面反射率为0.9，镜面为0.5mm的Kapton材料，依靠一个环形可膨胀环和一个可膨胀背板支撑，安装在聚光器结构上，形成主镜。桅杆长6373m，主镜尺寸为3559m×3642m。

太阳电池阵的平均聚光率大约为4.25，考虑采用量子点技术，阵列效率可达到39%。太阳电池阵采用了肋化设计，可以增强散热20%。太阳电池阵背板结构是一个可膨胀环网。每个1000m直径的太阳电池阵由多个40m×25.6m的子阵组成。

2007年，改进后的设计方案将关键的太阳电池、微波发射机和发射天线集成为夹层结构（三明治结构），即外层板为太阳电池、中间夹层为微波发射机、底层为微波发射天线。利用位于桅杆两边的大型聚光器通过机构控制指向太阳，将太阳光反射聚集到夹层结构板上，电池发出的电力可以通过较短的电缆传递到微波发射机，消除了对于大功率导电滑环和长距离电力传输的需求。夹层结构板的发射阵面指向地球。

3）分布式绳系卫星系统。为减小单个模块的复杂性和质量，日本提出了分布式绳系卫星的概念。其基本单元由尺寸为100m×95m的单元板和卫星平台组成，单元板和卫星平台间采用4根2～10km的绳系悬挂在一起。单元板为太阳电池、微波转换装置和发射天线组成的夹层结构板，共包含3800个模块。每个单元板的总质量约为42.5t，微波能量传输功率为2.1MW。由25块单元板组成子板，25块子板组成整个系统。该设计方案的模块化设计思想非常清晰，有利于系统的组装、维护。但系统的质量仍显巨大，特别是利用效率较低。

4）任意相控阵太空发电站（SPS-ALPHA）。在美国航空航天局创新概念项目支持下，由美国、日本和英国科学家共同提出了一种新的概念方案――任意相控阵太空发电站。

该方案采用了模块化的设计思想，并且创新性地提出了无需控制的聚光系统概念（该聚光系统的有效性还有待进一步完善），对于控制系统的压力大大减小。整个系统的质量约为10000～12000t。

5）激光太空发电站（L-SSPS）。它是太空发电站概念发展的另外一个重要方向。在日本的太空发电站研究中，激光太空发电站占到很大的研究比重，重点研究太阳光直接泵浦激光方式。激光太空发电站基本单元包括太阳聚光镜、散热器、激光发生器、激光发射器和支持系统。采用太阳聚光镜（如抛物面）或透镜（如菲涅耳）进行太阳光高聚光比聚焦，聚集的太阳光发送到激光发生器，利用直接泵浦激光方式产生激光，激光扩束后传输到地面，地面可以采用特定的光伏电池接收转化为电力，或者直接用于制氢。对太阳直接泵浦激光器，有几种类型的材料适合作为激光介质：从抵抗热应力的角度来看，蓝宝石似乎是最佳的激光介质材料。由于大量蓝宝石晶体生产难度很大，大多数材料取用钇铝石榴石（YAG）激光晶体。一个10兆瓦级的激光太空发电站的典型几何参数为太阳聚束镜面100m×100m×2，散热器100m×100m×2。

一个吉瓦级的电站由100个基本单元组合而成，整个系统结构形状对称，太阳辐射压形成的干扰不影响系统的稳定性。因此，用于姿态控制和轨道保持所需推进器的质量较小。在激光太空发电站设计中，由于聚光比达到几百倍，激光器的效率和系统的热控制是非常关键的因素。高精度的激光波束指向控制也是一个非常重要的难点技术。

3 我国太空发电站研究现状

我国研究人员从20世纪80年代以来就一直在关注国际太空发电站的发展。20世纪90年代，多位中国学者参加相关国际研究活动。近年来，越来越多的专家开始关注太空发电站的发展。“十一五”期间，在中国航天科技集团公司庄逢甘院士、王希季院士等为代表的国内科技专家积极推动下，我国太空发电站研究工作也步入了起步阶段。

2006年7月，中国空间技术研究院组织进行了太空发电站发展研讨会。根据专家的研讨意见，建议开展太空发电站概念和发展思路研究。2010年，王希季、闵桂荣等7位院士牵头开展中国科学院学部咨询评议项目――太空发电站技术发展预测和对策研究。项目在深入分析了太空发电站涉及的主要工程技术难题后，提出了我国发展太空发电站的顶层考虑和对策及发展建议。2010年，中国空间技术研究院组织了“全国空间太阳能电站发展技术研讨会”，12位院士和近百位专家参加，他们研讨了我国太空发电站发展的建议。2013年10月，国防科技工业局组织召开了“我国空间太阳能电站发展思路”研讨会。2014年5月，“空间太阳能电站发展的机遇与挑战”香山科学会议在北京召开。

近年来，国内参与太空发电站的研究团队在逐渐扩大，主要研究单位包括：中国航天科技集团公司、中国工程物理研究院、重庆大学、西安电子科技大学、四川大学、北京理工大学、哈尔滨工业大学、北京科技大学、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所等。国防科技工业局支持了与太空发电站相关的总体和关键技术研究工作。目前，在总体规划、总体概念方案、微波无线能量传输技术等方面取得了一定的成果，同时也带动了大型空间结构、空间薄膜太阳能发电等技术的发展。

国内研究团队在开展太空发电站研究的同时，与美国、日本、俄罗斯、欧洲等国家的科学家建立了良好的沟通渠道。2013年，国际宇航联大会在北京召开，中国专家应邀作了“21世纪人类的能源革命――空间太阳能发电”的主旨发言。

4 太空发电站的技术挑战及主要关键技术

太空发电站是一个宏大的工程，国际上对此的研究已经超过40年，仍然是国际空间领域关注的热点方向并持续开展的研究。但是到目前为止，还未研制出一个演示型太空发电站，也反映出其发展还面临着很大的挑战，包括技术难度、投入和安全性等。

太空发电站规模巨大，质量达到万吨，结构达到千米，发电功率为吉瓦级，寿命需要在30年以上。相比于目前的卫星，其尺寸、质量、功率等都要提升多个数量级，寿命也比目前的卫星高出约1倍。对于新型运载技术、新型材料、高效能量转化器件、超大型航天器结构及控制技术、在轨组装维护技术等都提出了很大的技术挑战。

成本问题也是制约太空发电站发展的主要因素之一。除了技术领域跨越式突破以外，还需要采用大批量的生产方式和商业运作模式来实现其规模化建设，以降低研制和运行成本。在未来传统能源可能消耗殆尽的情况下，新能源市场将占据重要地位。规模化和产业化对于现有的航天器制造和发射能力都提出了巨大的挑战，将需要现有航天工业生产体系发生根本性变革。

长期运行的安全性也是发展太空发电站需要特别重视的问题。理论上分析，虽然太空发电站功率很大，但如果采用微波能量传输模式，在地球同步轨道（GEO）由于距离远（36000km），根据微波传输特性，实际接收天线的能量密度较低。典型系统的接收天线中心的最大微波能量密度约为23mW/cm2，天线边缘微波能量密度约为1mW/cm2。虽然从系统设计的角度已经限制了波束密度，可以满足安全性要求，但长期微波辐射下的生态、大气、生物体等的影响问题需要开展长期的研究。同时，轨道和频率资源也将成为太空发电站发展的重要限制条件之一，有必要从现在开始启动相关研究工作。太空发电站发展的核心问题包括以下几个方面。

（1）降低系统面积

太空发电站的面积主要由两部分决定，一是太阳能发电部分的面积，即太阳电池阵面积或聚光器面积。不论是否采用聚光的形式，提高太阳能电池的光电转化效率都是减小太阳能发电部分面积最有效的措施。二是微波发射天线面积。在选定的轨道和微波频率下，微波发射天线面积与地面接收面积成反比，需要优化确定发射天线的面积。

（2）降低系统质量

太空发电站系统的质量主要集中在几个方面：太空发电站主结构、太阳电池阵、聚光器、微波转化装置、发射天线、电力传输及管理系统等。减小系统质量可以重点考虑：①降低单位面积的质量（降低太阳电池、聚光阵、发射天线的面密度）;②降低结构、机构的质量（降低结构体积和结构密度）;③降低传输电缆的质量（缩短电缆长度，减小电缆截面积和密度）;④提高转化效率，降低微波转化器件、电压变换设备的质量。

（3）降低系统的收拢体积

太空发电站是一个巨大的空间系统，在空间所占的体积非常大，需要多个模块在轨组装。为了提高运载的效率，除考虑运输质量能力外，还要充分考虑运载器的包络限制，要求每个模块在发射阶段为收拢状态、在空间进行展开，尽可能地提高运输载荷的收拢率，将尽可能多的载荷运输到空间。重点研究的技术包括：折叠展开桁架结构;折叠展开太阳电池子阵、聚光器;折叠展开天线模块;充气式结构等。

（4）旋转机构

为了保证太空发电站的高效率工作，需要太阳电池阵（或聚光器）对日定向、发射天线对地球接收站定向。在一个轨道周期内，太阳电池阵（或聚光器）与发射天线间的相对位置变化达到360°，必须采用大型旋转机构。由于太空发电站体积、质量巨大，特别是功率巨大，给旋转机构带来很大的困难。目前的太空发电站概念设计一般考虑几种情况：①采用大功率导电旋转关节，技术难度大;②无旋转机构，采用发射天线与电池阵固定的方式，但以增加系统质量、损失系统效率为代价，特别是功率的剧烈波动;③采用聚光方案，利用聚光器系统的旋转，可以消除大功率导电旋转关节;④采用微波反射方式，通过微波反射器旋转，可以消除大功率导电旋转关节。

太空发电站的主要关键技术及重点研究领域包括10个方向：空间超大型可展开结构及控制技术;空间高效太阳能转化及超大发电阵技术;空间超大功率电力传输与管理技术;天线能量传输技术;轨道间转移技术及大功率电推进技术;空间复杂系统在轨组装及维护技术;大型运载器及高密度发射技术;电站系统运行控制及地面接收管理技术;电站发展的基础材料和器件研究;电站经济性、政策、环境保护、商业化等相关问题研究。

5 太空发电站的应用前景

太空发电站发展的核心应用目标是为地面提供商业化、大规模的电力供给，解决人类长期对于稳定的可再生能源的需求问题。同时，太空发电站对于地面偏远地区供电、紧急供电、航天器供电、调节环境等方面都具有重要的应用前景。太空发电站的发展也将为更为长远的月球太阳能电站的发展奠定基础。

5.1 地面电力供给

空间太阳能最大的优势在于可以几乎不间断地为地面提供清洁的可再生能源。如果能够有效地利用空间太阳能，将可以为人类提供巨大的、无尽的清洁能源储备。假设在空间地球静止轨道上每间隔0.5°（间距约360km）布置一个太空发电站，每个太空发电站的发电功率为5GW，则可以为地面连续提供约3.6×109kW的电力。同时巨大的空间供电还可以用于地面的海水淡化、制氢等，从而可以用于其他的清洁能源利用。同时，太空发电站作为一种大型的空间供电基础设施，覆盖面非常宽，可以灵活地用于地面移动目标的供电和紧急情况下的供电，包括偏远地区、海岛、灾区等。

5.2 航天器电力供给

太空发电站可以实现对可视范围内的低轨、中轨和高轨航天器供电，由于不会受到地球大气层的影响，比较好的方式是采用激光无线能量传输，可以保证长距离上较好的指向性，还可以减小发射和接收端的面积。采用无线能量传输供给的航天器，由于不需要巨大的太阳电池阵，功率水平和控制精度将大大增加，对于未来的大功率通信卫星、高精度科学卫星等的发展具有重要的价值。未来也可以利用太空发电站直接进行空间燃料生产以及进行空间加工制造，使得未来的空间工业发展变成可能。

太空发电站作为一种较好的空间大功率供电方式，也可以作为深空探测能源系统的候选方案。一方面，太空发电站利用无线能量传输可以为深空探测器的先进推进系统提供持续的能量供给，利用激光推进技术能够实现2～5年内到达小行星带内的多颗小行星，并实现采样返回;另一方面，可以利用在行星轨道运行的太空发电站为行星表面的基地提供能量供给。

5.3 环境调节

传统化石能源的利用引起了地球温度的升高，随之产生的台风和龙卷风等恶劣气象的频繁出现给人类带来巨大的灾难。目前，科学家已经提出并且分析了利用太空发电站减缓或改变台风路径的可行性。核心思想是采用水气等易于吸收谱段的微波，将太空发电站的巨大能量传输到龙卷风所在的区域，通过改变台风的温度分布，从而破坏龙卷风的形成过程。近期，科学家也提出了利用太空发电站减缓大气雾霾的思想，也可以起到环境调节的作用。

5.4 月球太阳发电站

在太空发电站基础上提出的另外一种可能的大功率空间能源利用方式是月球表面太空发电站，利用月球资源建立月表太阳发电站，实现向地球的输电。

月表环境非常适合于大面积太阳能发电。月表太阳光照条件稳定，不存在空气和水汽的影响，不会影响大面积薄膜装置的性能。采用转化效率为10%的太阳电池，就可以实现1km2产生130MW的电能，而且月球星体力学条件稳定，不会受到天气、地震活动和生物过程的影响。月球物质十分丰富，月尘和岩石材料包含了至少20%的硅、40%的氧、10%的金属，可以直接进行月球原位资源利用生产所需的太阳电池、电线、微电路部件、反射屏等，适合于月球太阳能电站的建设。

6 结束语

可再生能源重要性的提升为太空发电站的发展提出了实质的需求，太空发电站将可能成为未来可再生能源组成中的一个重要部分。作为一个巨大的空间应用系统，其规模远远超过了人类目前研制出的最大航天器―“国际空间站”，其面临的技术难度也远远超出现有空间技术水平，对于航天技术的发展提出了很大的挑战。

航天领域经过半个多世纪的飞速发展取得了巨大的进步，特别是载人登月和“国际空间站”的建成是人类最具里程碑的航天成就。我国在对地遥感、通信导航、载人航天、深空探测几大领域取得的突破性成就表明，我国在航天领域达到了国际先进水平。我国目前正在研制的-5大型运载火箭将在2014年左右实现约20t的近地轨道运输能力，2020年左右将要建设我国的空间站，未来可能发展更大规模的运载火箭，航天领域的快速发展将给我国太空发电站的发展带来很大的机遇。