近日，西安电子科技大学段宝岩院士研究团队在中国工程院院刊《Engineering》上发表了一篇题为《逐日工程——空间太阳能电站地面验证系统创新设计、研制与实验研究（On the Innovation, Design, Construction, and Experiments of OMEGA-Based SSPS Prototype: The Sun-Chasing Project）》的重要论文，详细介绍了世界首个全链路、全系统的欧米伽空间太阳能电站（OMEGA-SSPS）地面演示验证系统的发展情况。

    图. (a) 室外OMEGA-SSPS地面演示验证系统；(b) OMEGA-SSPS地面演示验证系统的原型。SE：太阳能；TX：发射；RX：接收；trans：传输。

    太阳能作为一种清洁能源，其开发利用对于解决能源短缺和气候变化问题具有重要意义。然而，目前从外太空向地面供电在短期内仍面临困难，但空间太阳能电站（SSPS）在其他应用方面具有巨大潜力，如在同步太阳轨道上建设充电桩，为中小卫星提供能源。

    在过去的50多年里，SSPS研究经历了起伏，但从未停止。创新的SSPS概念包括非聚光和聚光两类，而目前的验证实验大多存在局限性，难以实现完整的微波无线功率传输实验。例如，NASA和日本的相关实验虽然在一定程度上验证了微波无线电力传输（MWPT）的可行性，但存在效率低、实验验证不完整等问题。

    为了攻克这些难题，西安电子科技大学段宝岩院士研究团队提出了OMEGA 2.0创新设计，克服了原概念中存在的问题。同时，他们建立了场耦合理论模型，提出了系统优化设计方法，包括波束波形优化、控制策略、高效热散热器设计和整流天线阵列效率提升等方面。

图. OMEGA 2.0创新设计理念。
 

    在微波发射天线和波形优化方面，研究团队提出了高波束收集效率的要求，优化了天线单元的幅度和位置，以满足特定的波束形状和安全标准。在定向控制方面，通过建立坐标系和调整电缆长度，实现了聚光器对太阳和发射天线对接收天线的精准定向控制。

    此外，团队还在热控制、整流天线优化设计、微波波束指向精度测量和智能结构设计与开发等方面取得了重要突破。

    最终，该团队成功开发了SSPS地面验证系统，该系统能够实现太阳跟踪、高聚光比、光电转换、微波转换与发射、微波接收与整流等功能，并取得了令人满意的结果。实验数据表明，该系统在一些关键技术指标上具有显著优势，如实现了87.3%的高波束收集效率和15.05%的DC - DC总效率。
 

    图.（a） 地面SSPS验证系统原型；（b） 发射天线和整流天线原型；（c） 地面SSPS验证系统原型（俯视图）。

    这一成果为基于微波无线功率传输的SSPS创新奠定了坚实基础，也为未来空间太阳能的开发利用提供了重要的技术支持。未来，研究团队将继续进行深入实验和创新研究，进一步提高系统效率，推动SSPS的发展和应用。

    这一研究成果标志着我国在空间太阳能发电领域取得了重要进展，有望为解决全球能源问题提供新的途径和思路。

    文章信息：

    On the Innovation, Design, Construction, and Experiments of OMEGA-Based SSPS Prototype: The Sun-Chasing Project

    逐日工程——空间太阳能电站地面验证系统创新设计、研制与实验研究

    作者：

    段宝岩, 张逸群, 陈光达, 赵泽, 米建伟, 李勋, 杨林, 栗曦

    引用：
 

    Baoyan Duan， Yiqun Zhang， Guangda Chen， Ze Zhao， Jianwei Mi， Xun Li， Lin Yang， Xi Li.On the Innovation, Design, Construction, and Experiments of OMEGA-Based SSPS Prototype: The Sun-Chasing Project[J].Engineering,2024,36(5):90-101.

    开放获取全文

    https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.11.007