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航天技術對國防的意義范文第1篇

——在航天領域方面，神七上天具有里程碑的重大意義。神舟七號是我國載人航天工程三步走戰略的第二步中的第一步，是為我國建立宇宙空間站打好前哨戰，在我國航天事業三部曲中屬于承上啟下重要作用。神舟七號首次搭載三名航天員升空，并且在軌運行中要實現一名航天員出艙行走，并釋放一顆伴飛小衛星。如果一切都成功，我國將真正意義上的在太空中留下中華民族的腳印，也為今后的載人航天后續工程及其以后的探月工程和遠地外太空探測打下一個堅實的基礎和良好的開端。

——在國防領域方面，標志著我國已經初步具有進行太空防衛戰的能力。神州七號和神舟六號飛船一樣，具有太空變軌能力，這對突破敵方的彈道導彈防御系統具有非常重要的作用。釋放伴飛小衛星，則預示著中國已經具有了在太空獵星的能力。對于神七的發射，美國及其盟國擔憂其軍事用途，從而增加中國在上面對外來干涉勢力的威懾力。

——在經濟領域方面，神舟七號飛船產業價值驚人。據粗略估算，目前，通過“神五”、“神六”帶來的產業價值已經超過1200億元。航天經濟的產業鏈堪稱各個經濟類別中最長的，幾乎無所不包。這個說法并不夸張。從能源、鋼鐵、新材料、電子、機械、通信等行業，到航天服裝、航天食品涉及的紡織、服裝加工、農產品、食品加工等行業，一次航天活動所涉及的產業，幾乎涵蓋了日常生活中的各個領域。實際上，關于航天活動的產業價值，國際上早有數據論證。據歐美多家研究機構評估，在航天領域每投入1元錢，將會產生8至14元的帶動效應。美國耗資240億美元進行阿波羅登月計劃，科技成果轉化為民用后，衍生出的產業價值超過2000億美元。“神七”升空代表著中國火箭等技術的成熟，以及中國在載人航天飛船、太空行走等技術上的突破。“神七”不僅將帶動航天產業的發展，未來還將給國民經濟帶來巨大動力。

——在政治領域方面，神舟七號發射成功對于增強國民凝聚力和自豪感有重要的意義。2008年對于中國來說可謂是多災多難。521汶川特大地震災害，各地不斷的礦難事故，波及全行業的毒奶粉事件，一系列特大交通事故，讓國人的眼中充滿傷感的淚水，傷感這個國家的國民所遭受難以想象的災難。北京奧運會，殘奧會的成功舉辦，中國健兒一次次站在領獎臺上為過爭光，亦令國人眼中飽含熱淚，為這個祖國感到驕傲，感到自豪。多難興邦，這是溫總理寫在北川黑板上的一句話。的確，中華民族是個堅強不屈的偉大民族，災難只會讓國人的心更緊密的團結在一起，鳳凰要在涅盤中得到永生，偉大的中華民族在災難中得到永生。終于，神舟七號就要上天了，再大的災難并沒有嚇壞我們，我們反而以一個個奇跡來向世界證明，中華民族是不可戰勝的。

——在外交領域方面，神七的上天和太空漫步的成功，對于提高我國的大國地位，增強世界影響力，應對復雜多變的國際局勢有著重要意義。我國航天事業起步晚，雖然與美俄兩國還就有不小的差距，但是我們從來沒有放棄追趕的步伐，有信心有能力有決心在未來的航天領域與美俄鼎足而立。一直以來，美俄兩國長期壟斷國際航天事業。2003年神舟五號成功上天，楊利偉成為中華民族歷史上第一位由我國自行研制的航天器上天的中國人，打破了美俄長達半個世紀的航天壟斷，成為第三個掌握載人航天技術的國家，極大的提升了中國的國際地位。神七成功發射，出艙活動順利完成后，將進一步提高我國的國際地位，增強我國的世界影響力。目前，歐洲、日本、印度等國也在大力發展航天技術，可見，航天技術已經成為未來國際競爭力的一個重要指標

航天技術對國防的意義范文第2篇

作為兩個同樣歷史悠久的文明古國，中國和印度是世界上兩個最大的發展中國家，有著共同的發展目標，又面臨相同的歷史挑戰。在西方世界的思考維度中，屢屢被擺在一起比較。

“超過中國”成興奮點

印度《經濟時報》網站的關鍵位置上刊登著頭版文章的標題：“火星之旅：印度戰勝中國”。

隨著遠在火星軌道上“曼加里安”號火星探測器陸續帶回的好消息，印度全國都沉浸在一種歡樂與興奮之中。

人們在慶祝印度首個火星探測創造的歷史。它不僅是全世界唯一在首次火星探測任務中就獲得成功的國家；而且僅用了美國人10%的成本；最重要的是，它用“簡單的”“粗糙的”自主研發的技術裝備――總重只有1.35噸、冰箱那么大的裝置上，只攜帶了4臺科研設備和一臺照相機，以“扔鐵餅”的方式――就為印度拿到了世界航空精英聚集的“火星精英俱樂部”的邀請卡。

去年11月5日，載有“曼加里安”號探測器的火箭從印度薩迪什?達萬航天中心成功發射。“曼加里安”從此踏上了總里程6.66億公里的火星之旅。但在印度之前，有許多國家發射過火星探測器，42次發射嘗試只有18次成功。沒有人想到印度會如此輕易就取得成功。

過去，我們總是認為印度的航天技術遠不及日本和中國，甚至極有可能是墊底的。但是印度用事實證明了印度軍事與國防總體能力在不斷增強，并且已經做好準備為提高印度國際政治地位再添砝碼。

《環球時報》登文指出，“印度探火星主要是從政治上考慮，要在航天領域拿一個亞洲第一。印度這次首先是要爭取政治意義，之后才是工程意義，科學意義排在最后面。印度在衛星、探月、載人航天方面都沒有拿到亞洲第一，甚至載人航天領域還是空白，所以急需借助這次探火星搶到一個亞洲第一。這次探火星不僅費心力找了一個空當，甚至還冒了很大的技術風險。他們在火箭推力不足的情況下，繞地球飛行20多天不斷加速，借助‘扔鐵餅’的方式把自己扔進地火轉移軌道。”

有分析認為，開展空間探測計劃，推動航天工業的快速發展，能夠提升本國在國際航天舞臺上的話語權，并有助于提升國內民眾對國民經濟發展的信心，從而帶動國家經濟快速向前發展。

“印度能做”的態度

中國的“螢火一號”輸給了印度的“曼加里安”號。英國廣播公司稱，“迄今為止，中國在幾乎任何太空技術方面都領先印度：擁有發射重量4倍于印度的火箭，已成功實施載人太空飛行；完成奔月使命。”

雖然中國航天界對于印度“曼加里安”號的成功也表示了祝賀，但是仍然有專家表示，中國實際已經具備了探測火星的實力，至于何時執行，實際上只是一個太空發展戰略設計的問題。

嫦娥二號和三號總指揮顧問、總設計師顧問葉培建說，中國航天科研團隊此前對于火星探測的設計也是“繞落回”三步走方案，他表示，按照現在的技術儲備，“我們有能力搞一次既繞也落”。

不過，也有專家認為，中國可以去探火星，但絕不只是因為印度的成功。中國的深空探測還需要立足自身需要和節奏，別被別國打亂步子。中國的航天成就不需要用“探火”來證明。

當今亞洲的“龍象”之爭，已不僅表現在經濟上，也越來越多地表現在軍事、科技、政治、外交和民主等方面。

沒有人比印度總理莫迪更理解火星任務的現代化價值。

就在印度的火星計劃飽受國際社會贊揚之時，莫迪迅速推出了“印度制造（Made In India）”計劃，目的在于說服更多的企業在印度投資，提振印度萎靡的制造產業。

莫迪解釋，就像印度能夠成功發射衛星一樣，一切都歸功于“我們能做”的態度，印度的制造產業同樣擁有勃勃的生機。

火星還樹立了人們對教育的熱情，就在“曼加里安”號進入火星軌道后，莫迪要求國內的每一所學校都必須花上5分鐘來回味這個時刻，就像他們品味一場板球的勝利那樣。火星任務讓印度重新回憶起涌現大批杰出科學家的更早的一代，他們中的某些人是如何獲得諾貝爾獎的。

航天技術對國防的意義范文第3篇

[關鍵詞]碳纖維 預浸料 產業 發展 市場需求

中圖分類號：D922 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）43-0178-01

1.引言

碳纖維以其優異的性能，廣泛用于航空航天、能源裝備、交通運輸、建筑工程、體育休閑等各個領域，是國民經濟和國防建設不可或缺的一種戰略性新材料[1]。經過五十年的發展，我國碳纖維技術取得了可喜的進步。碳纖維產業已初具規模，能基本滿足國內少數行業的應用需要[2]。碳纖維產業不僅包括聚合、原絲及碳纖維的生產過程，而且包括下游碳纖維預浸料的生產及復合材料的生產與應用，發展碳纖維產業需要加快推動預浸料技術的發展。目前，國內研究開發以及生產碳纖維相關產業的呼聲很高，碳纖維生產熱度不減，下游預浸料產業的發展必將迎來新的發展。

2.碳纖維預浸料及其市場情況

預浸料是樹脂基體在一定的條件下浸漬連續纖維或織物，制成的一種包含樹脂基體與增強體材料的組合物，是制造復合材料的中間材料。根據增強體材料的不同，預浸料可細分為玻璃纖維預浸料、碳纖維預浸料、芳綸纖維預浸料等不同種類。因碳纖維特性優良、用途廣泛，碳纖維預浸料已發展成一個重要的分支，在復合材料領域占有舉足輕重的地位。在碳纖維復合材料的應用中，預浸料所占的比重較大，大約70%以上的先進復合材料產品是經預浸料鋪迭固化而成的。預浸料是先進復合材料的中間材料，它是復合材料結構的基本單元，復合材料的力學、化學性能在很大程度上取決于預浸料的內在質量。同時，復合材料的成型工藝也與預浸料的使用狀態密切相關。隨著材料技術的發展，碳纖維制品的應用不斷得到市場認可，未來碳纖維預浸料市場需求潛力巨大。

2.1國內、外市場情況

碳纖維預浸料屬于碳纖維行業下游產品。在國際上，碳纖維生產地主要集中在日本、美國、歐洲、臺灣等國家和地區。其中，日本的碳纖維技術最先進，產量約占世界總產量的一半，美國消費量最大，約占世界消費量的一半以上。目前，全球每年碳纖維市場需求75000噸，并以每年10-15%的速率增長，在汽車輕量化和風能市場快速增長的驅動下，預計2020年全球碳纖維需求量將達150000噸。

2.2 碳纖維市場需求分析

航空航天領域是碳纖維材料的傳統市場，據預測，航空器中碳纖維復合材料的使用量，在未來十年將以每年12%的速度繼續增長。如空客A380飛機，碳纖維復合材料用量約占機身總重量的20%以上；波音787飛機結構材料有近50%需要使用碳纖維復合材料。同時，碳纖維復合材料在中小型客機中的需求也在快速增長。

碳纖維在汽車行業的需求前景也是一片光明。碳纖維復合材料傳動軸、尾翼和引擎蓋已經在汽車行業廣泛應用，雖然現在僅用于豪華車型，但預計未來十年，隨著生產成本的進一步降低，碳纖維將會在大眾車型中迅速推廣。日產汽車、本田汽車和東麗公司正聯合開發汽車車體新型碳纖維材料，作為下一代汽車發展的新方向。參與這一行動的合作企業還包括三菱麗陽和東洋紡織，計劃在2016年前后開始量產，使車體重量較傳統鋼材料減重40%，目前項目進展順利。

2.3國內外主要碳纖維預浸料廠家

世界著名的預浸料公司包括東麗（Toray）、赫氏（Hexcel）、蘇泰克（Cytec）、固瑞特（Gurit）和TenCate。這些公司的碳纖維預浸料產品在近幾年呈現了新的發展趨勢，表現為大絲束碳纖維預浸料在工業領域的應用優勢凸顯，單向碳纖維預浸料面密度達到600g/m2，這類超厚預浸料大大提升了預浸和后續鋪放工藝的效率，在風電葉片和汽車領域具有廣泛的應用。

國內碳纖維預浸料廠家主要集中在東南沿海省份，與國內碳纖維生產企樣相似，普遍規模較小，技術水平相對落后，自動化程度不高。

3.生產技術與設備

預浸料生產設備最早專門用于生產航空航天預浸料產品，受西方技術禁運限制，我國碳纖維工業及其下游產品的發展受到很大制約。在此條件下，國內科研人員自力更生，從玻璃纖維窄帶預浸料入手，逐漸發展了碳纖維窄帶預浸機，中幅、寬幅預浸料成套設備，部分產品已達到并超過航空航天技術標準。與此同時，國外對碳纖維預浸料設備的限制已有所放寬，市場上已能見到少量進口預浸料成套生產設備。

隨產品規格和產能不同，預浸料裝備的投資規模大小不等。國內裝備成功經驗有限，尚處在不斷摸索階段，因此單線產能普遍較小，配套技術缺乏系統性。主要廠家有：威海光威宏程機電設備有限公司、大連橡膠塑料機械股份有限公司等。國外成熟的預浸料裝備供應商包括：美國CDI公司預浸料生產設備（交鑰匙工程），瑞士Santex預浸料生產設備等，均可提供配套生產、檢測設備及其相關技術，市場認可率相對較高，但項目造價偏高。

考慮到預浸料儲存條件的的特殊性，在生產預浸料產品前，需要有先做好銷售渠道和工藝配方的準備工作，避免庫存。因此，在市場渠道未完全建成之前，不宜大量庫存，應以銷定產。

4.發展建議

4.1以市場為導向，優先發展高效產業

在國際上，碳纖維行業流行這樣一句話，“從原材料到碳纖維，價格從1變到3；把碳纖維加工成復合材料，價格可從3變到10”。不難看出，從碳纖維到復合材料，產業鏈延長，增加的附加值更多，最終碳纖維在復合材料中的成本將下降至20%～30%。

碳纖維織物與預浸料是碳纖維發展的中間環節，是聯系生產與應用的必經之路，發展碳纖維預浸料勢在必行，也是拉長產業鏈和提高碳纖維附加值的有效手段。根據宜興天鳥與江山科技的發展經驗，碳纖維預浸料與織物，屬新型高性能復合材料，屬國防軍工企業基礎材料，也是未來民用工業的先進替代材料。通用引進的寬度為1.2米的碳纖維預浸料生產線，既能滿足軍工所需，也能滿足民品應用。

4.2加快產業轉型，完善碳纖維產業鏈

積極開發碳纖維預浸料和織物的后續研究與加工，特別是針對國產碳纖維性能的預浸料產品開發。由于國內碳纖維生產企業數量多、規模小，進行碳纖維下游預浸料產品開發，可以迅速消除市場積壓，形成布局完整、發展均衡的碳纖維產業鏈。同時，有利于避開投資巨大、競爭激烈、技術密集的碳纖維生產環節，便于國內大量中小企業匯集資源突破碳纖維下游應用環節。

考慮到未來國內碳纖維后續加工企業群體龐大，激烈競爭在所難免，企業應盡早布局，未雨綢繆。應著力開發新型市場，與國內航空航天設備制造、風電、汽車制造等行業聯合，占領市場先機，為進一步擴大碳纖維織物及預浸料產能謀篇布局。

4.3加快自主創新能力提升

高性能碳纖維復合材料是國家材料科學發展重要組成部分，關系到國家戰略性材料技術的發展。其技術進步與產業化水平的提升對推動社會相關行業發展具有重要意義。碳纖維預浸料生產行業不能滿足于現有技術，走作坊式或小規模生產路線，應積極抓住國內碳纖維產業化快速發展的有利時機，提高自主創新能力，迅速完成行業技術進步，提高產業化先進水平，縮小同發達國家的差距。同時要積極學習和借鑒國外先進技術，完善相關機制，實現產、學、研、用有機結合。真正實現碳纖維及其復合材料的國產化自給，改變長期受制于人的被 動局面。

參考文獻

航天技術對國防的意義范文第4篇

驗證關鍵技術，

為今后打基礎是“天宮一號”的任務

記者：能不能幫我們介紹一下已經順利進入軌道的這位“老朋友”？

張柏楠：天宮一號是我國第一個低軌道、長壽命的大型載人航天器，它的設計壽命是兩年，重8.6噸。

記者： 設計上有哪些利于航天員居住的特點？

張柏楠：主要分為兩個艙。前艙實驗艙是全密封環境，對接完成后航天員進艙進行工作、訓練，一些必要的生活活動、睡眠等也都在這里進行。后艙是資源艙，內置動力系統、推進系統和能源。密封的實驗艙內航天員活動空間有15立方米，相比神舟飛船有了很大擴展，更加適合航天員長時間居住。

記者：天宮一號在突破技術難關方面承擔了哪些任務？

張柏楠：天宮一號作為目標飛行器，首先要配合神舟八號突破交會對接技術；一旦對接成功，神舟八號停靠關機，轉由天宮一號控制兩個飛行器飛行，這時又要考驗其組合體控制技術。

記者：天宮一號在開啟中國未來空間站建設的工程中，承擔了哪些任務？

張柏楠：實際上天宮系列目標飛行器就是空間實驗室的一個雛形，無論是天宮一號，還是后續陸續發射的載人航天器型號，主要任務都是要驗證空間站的關鍵技術，為將來建造空間站打基礎。

太空對接技術驗證是實驗的關鍵

記者：在與神舟八號的“太空之吻”中，天宮一號將扮演什么樣的角色？

張柏楠：它是交會對接的“班組長”，扮演著一個引導者和指揮管理者的角色，始終掌控著工作進度。當神舟八號進入預定軌道，開始搜尋和探索天宮一號的倩影，這時天宮一號就會相應地向對方提供引導信號，告訴對方“我在這里”，并始終給追蹤飛行器提供引導信息。等到雙方終于“敖包相會”，實現對接后，神舟八號就將“大權”上交，安心地停靠在天宮一號身邊，按照其指令和控制來飛行。這時，天宮一號不僅要控制好自己，還要照顧并控制好神舟八號飛船的狀態。

記者：就是說天宮一號有著雙重的管理任務？

張柏楠：是的。完成組合體的控制和管理，并非易事。以前衛星也好、飛船也好，都是自己管自己，而現在天宮一號不能再獨善其身。對接完成后，天宮一號要為神舟八號供電，起碼滿足500瓦的供電能力，以補充飛船能源不足的問題，這同時也是對將來空間站整個能源系統統一調配、統一管理技術進行試驗驗證。整個組合體的姿態和軌道也都要由天宮一號來統一控制，控制重量翻了一番，等于從輕裝上陣到負重前行，無論是指令還是遙測，雙方都要重新適應。

記者：在技術上有哪些創新和探索？

張柏楠：天宮一號里有很多未來空間站會用到的技術和設備，比如大型控制力矩陀螺。飛船短期飛行靠發動機控制，中型衛星靠動量輪控制，而空間站這種大型空間設施則要靠力矩陀螺才能控制。此外，天宮一號應用的電池發電效率高達27%～28%，已經跟國際先進水平相差無幾。在信息傳輸上，也改變了以往依賴地面的被動局面，轉而依靠中繼衛星實現更快更高效的通訊。在軌補加技術也是未來空間站的一個關鍵技術，天宮一號就可以實現推進劑在軌補充，其先進的金屬膜殼儲箱未來就可以直接應用于空間站的推進系統。

記者：天宮一號體現了中國載人航天的哪些特點？

張柏楠：用最小的試驗樣本突破關鍵技術，并獲取最大的實驗成果，即用最少投入換取最大產出。

我國的航天戰略是

穩扎穩打，循序漸進

記者：您認為我國載人航天事業目前在國際上處于一個什么樣的水平？

張柏楠：參與載人航天活動的國家很多，但是真正能夠獨立完整掌握載人航天技術的很少。前蘇聯加加林是第一個進入太空的航天員，美國的載人航天實力也相當強。相對而言，從技術水平和品種方面等，中國排在第三。

記者：中國的載人航天跟國外比有什么特點？

張柏楠：目標明確，而且務實高效。載人航天最開始是在冷戰背景下出現的。當時前蘇聯和美國為了爭世界第一，在這方面下的本錢非常大。美國阿波羅登月的時候，最高投入時航天載人投資占整個GDP的4%。我國1992年開始論證載人航天，那時有兩個特點，今天來看非常英明。一是務實，不爭第一，沒有像前蘇聯、美國那樣，你有什么我也得有，你有航天飛機我也得有。當時我參加過論證，那時候是航天飛機最熱門的時候，當時咱們也論證過航天飛機的方案，但是在最后方案選擇時，包括咱們的領導和專家非常務實，沒有去趕時髦，認為還是飛船切合實際。另外在立項時，我們搞的是載人航天三步走戰略，是以空間站為目標，一步一步實現最終目標。

發展航天技術，彰顯強國實力

記者：有人說“中國要在世界上成為有影響的強國，航天發展是戰略性的支持基礎”，您如何理解這句話？

張柏楠： 這是因為它本身處于很特殊的地位。首先，地球的資源是有限的，但是空間資源是無限的，這是其他領域無法比擬的。第二，空間飛行器的特殊位置，軌道的位置應該說是非常有利的，這也是在地面很多無法替代的，這也是為什么有了導航、遙感、通訊等領域。空間的位置是有戰略意義的。第三，從技術來講，航天事業，包括載人航天事業，應該是綜合運用了當前各個領域領先的技術，是整個國家技術水平的體現，它同時也可以帶動整個技術的發展。所以整個航天的發展，各國都把它作為一個國家實力的象征。

記者：所以我國航天事業的發展引發了廣泛的國際關注？

張柏楠：比如神舟飛船發射成功以后，當時的俄羅斯總統普京給主席發賀電，賀電是這么寫的：“祝賀貴國在全面發展、成為現代世界強國進程中取得的重大進步。”實際上載人航天是一個標志，各國都是這么認為的，包括美國麻省理工學院最近也在研究載人航天發展，最后認為火箭也好，航天器也好，尤其是載人航天，認為它是國家實力和意志的標志。比如美國前總統約翰遜說，在全世界眼里，沒說的，航天第一。什么都第一，但航天要是第二，就什么都第二了。所以它是對國家發展非常有力的戰略支持和體現。

記者：我們已經進入了航天大國的行列，那是否可以說我們已經進入航天強國的行列？

張柏楠：我個人理解，大國和強國之間還是有差別的。作為大國來講，就是數量和質量上的差別。比如從衛星發射數量來看已經位居世界第三，僅次于美國和俄羅斯。但是作為一個強國來講，第一，不論干什么，包括航天事業，必須得滿足社會和經濟發展的需求，這是一個標準。第二是技術水平，數量多不等于你水平高，這是目前我國的普遍現象，這方面還是有差距的。第三，中國航天事業發展到現在，門類基本齊全了，各種衛星我國都有了，各個衛星門類的水平還是有差距的。第四，最需要創新的就是積極探索新的領域，就是別人沒有干過、沒有嘗試過的東西我們來先做，這也是一個強國的標志。最后，影響力。你做的事情別人會關注、會傾聽你的意見，甚至跟著你的意見來走。

記者：縱觀全局來說，您認為我國航天事業發展的空間和后勁如何？

張柏楠：雖然這些年我國取得了很多成就，但必須客觀來看問題，自己要冷靜。只有承認有差距，發展才有動力。雖然咱們領域全了，但是各個方面還有差距。比如說遙感分辨率，就不能滿足我國城市交通、資源，包括抗震救災的要求。現在很多技術不能滿足發展的需求，這就是差距。從后勁來講，現在進入了一個非常好的階段。因為大家承認有差距，這個時候才有動力。

航天技術對國防的意義范文第5篇

1 太空發電站的發展背景

太空發電站一般也稱為空間太陽能電站（SPS或SSPS），它是指在空間將太陽能轉化為電能，再通過無線能量傳輸方式傳輸到地面的電力系統。建造太空發電站是開發利用空間資源的重要手段，其整體構想最早由美國科學家彼得?格拉賽（Peter Glaser）于1968年提出。

太空發電站核心組成包括三大部分：太陽能發電裝置、能量轉換和發射裝置、地面接收和轉換裝置。太陽能發電裝置用于將太陽能轉化為電能;能量轉換裝置用于將電能轉換成微波或激光等形式（激光也可以直接通過太陽能轉化），并利用發射裝置向地面發送波束;地面接收系統用于接收空間傳輸的波束，通過轉換裝置將其轉換成電能接入電網。整個過程將經歷太陽能-電能-微波（激光）-電能的能量轉變過程。

作為一種很有前景的可再生能源系統概念，太空發電站得到各航天大國的廣泛關注。相對于地面太陽能電站，由于不受晝夜和天氣的影響，太空發電站可以連續工作，太陽能利用效率高，同時在地面應急供電、減災、空間供電、行星探測等方面也具有重要的應用前景。但目前其技術還很不成熟，在成本方面具有明顯的劣勢。國外提出發展太空發電站構想已經超過40年，但真正實現還需要幾十年的時間。從20世紀90年代以來，隨著世界能源供需矛盾和環境保護問題日益突出，以美國和日本為主的發達國家開展了廣泛的太空發電站技術研究，目前已經提出幾十種概念，并且在無線能量傳輸等關鍵技術方面開展重點研究。近年來，太陽能發電效率、微波轉化效率以及相關的航天技術都取得了很大進步，為未來太空發電站的發展奠定了很好的基礎。但太空發電站作為一個非常宏大的空間系統，需要開展系統的研究工作，在許多技術方面有待取得突破性進展。

2 國外太空發電站發展現狀

太空發電站的廣泛應用前景已引起了國際上的廣泛關注。21世紀以來，隨著世界能源價格的不斷攀升和環境的日益惡化，越來越多的國家、組織、企業和個人，包括軍方都開始關注空間太陽能這種取之不盡的巨大空間能源。

2.1 美國

美國在太空發電站概念提出后不久，以能源部和美國航空航天局（NASA）為主的政府部門投入大量的研究經費（4年間投入約5000萬美元）進行太空發電站系統和關鍵技術研究，并且提出單個電站發電能力達到5GW的方案――“1979太空發電站基準系統”。后來，由于技術和經濟可行性問題，以及核能項目和星球大戰等計劃的影響，后續十多年未開展大規模的研究工作。

1995年，美國啟動了18個月的重新評估太空發電站可行性的研究――“Fresh Look”研究計劃，提出了多種新型太空發電站概念方案（太陽塔、太陽盤等）。1999年，美國航空航天局開展了“空間太陽能探索性研究和技術”（SERT）計劃，耗資2200萬美元，提出了集成對稱聚光系統和算盤式太空發電站等新概念，并且提出了太空發電站技術研究發展路線圖建議，相關研究工作經過了美國國家科學委員會的評估，認為太空發電站在技術上是可行的。2003年，由美國航空航天局負責開展、國家科學基金會（NSF）參與了太空發電站方案與技術成熟化計劃（SCTP）。2007年4月，國防部國家安全空間辦公室（NSSO）成立了太空發電站研究組，組織國防部、美國航空航天局、能源部、學術界以及航天、能源等相關工業部門的170多位專家參與研究完成“太空發電站――戰略安全的機遇”研究報告，引發新一輪太空發電站研究熱潮。2009年，美國太平洋天然氣與電力公司（PG&E）宣布，正式向Solaren公司購買200MW的空間太陽能電力，成為首個空間供電商業合同。2012年，在美國航空航天局創新概念項目支持下，提出了一種新的概念方案――任意相控陣太空發電站。

2.2 日本

日本是開展太空發電站技術研究較早的國家之一，也是積極開展空間太陽能發電研究的最主要國家。從20世紀80年代開始，日本就開始進行了廣泛的研究。90年代起組織了15個專題研究組，陸續推出太空發電站2000、太空發電站2001、分布式繩系太空發電站系統等概念，并且在無線能量傳輸技術研究和試驗（包括火箭搭載試驗）方面處于世界領先地位，在世界上首次完成電離層無線能量傳輸（WPT）火箭試驗和空間機器人帕興網狀天線試驗。

2004年，日本正式將發展太空發電站列入國家航天長期規劃。在經產省和日本宇宙研究開發機構（JAXA）的支持下，以無人空間飛行研究機構、三菱公司、石川島播磨重工宇航公司、清水建設集團、京都大學、東京大學、神戶大學等為代表的國家研究機構、企業和高校，形成“官產學”聯合研究的模式。2009年，日本宣布以三菱公司為主的集團將在2030-2040年建設世界上第一個吉瓦級商業太空發電站系統，總投資額將超過200億美元。根據2013年日本最新公布的航天基本計劃，空間太陽能發電研究開發項目列入七大重點發展領域，并且作為3個國家長期支持的重點研究領域之一（其他2個為空間科學和深空探測領域、載人空間活動領域）。

日本提出的最新太空發電站發展路線圖包括3個階段。第一階段：研究階段，2020年前完成千瓦級地面無線能量傳輸試驗，2020年開展低軌無線能量傳輸驗證及百千瓦級系統驗證。第二階段：研發階段，2030年前研發2～200兆瓦級系統，200MW系統為商業系統的1：5縮比模型，是最后一個驗證系統。第三階段：商業階段，2035年左右實現1GW商業系統。

2.3 其他國家和組織

世界其他各主要航天國家，包括歐洲航天局（ESA）、俄羅斯、印度、加拿大等國家和組織都在開展相關研究工作。歐洲在1998年開展了“空間及探索利用的系統概念、結構和技術研究”計劃，提出了名為“太陽帆塔”（Sail Tower SPS）的概念設計。2002年8月，歐洲航天局先進概念團隊組建了歐洲太空發電站研究網。2010年，歐洲阿斯特留姆（Astrium）公司宣布，正在論證一個大型太陽能發電衛星驗證項目，將采用激光無線能量傳輸方式。2012年，俄羅斯專家也提出了新型的基于激光無線能量傳輸的中繼式太空發電站概念，并提出分階段的發展路線建議。2010年，美國、印度發表聯合報告“卡拉姆-國家空間協會能源技術全球倡議”，將發展太空發電站作為美印戰略合作的一個重要方向。

相關國際組織也積極開展太空發電站相關領域的研究工作。國際無線電科學聯盟于2007年正式發表了《太陽能發電衛星白皮書》。2011年10月，國際宇航科學院（IAA）研究報告《太空發電站――第一次國際評估：機遇、問題以及可能的前進路線》正式出版。

21世紀以來，更多的國家開始關注并開展太空發電站相關的研究工作。但由于系統規模巨大，需要的技術跨越性極大，真正商業意義電站的實現還需要幾十年的時間。作為一個巨大的空間工程，太空發電站對于國家能源安全和技術的革命性發展都有重大的意義，但需要一個協調的國家級甚至國際級的發展計劃和規劃。

2.4 典型太空發電站概念

1）1979太空發電站基準系統。它是第一個太空發電站系統方案，以全美國50%的發電量為目標進行設計，由美國在1979年完成。其設計方案為在地球靜止軌道（GEO）上布置60個發電能力各為5GW的發電衛星。考慮到微波對于生物的影響，該設計方案中微波波束到達地面時的功率密度在波束中心大約為23mW/cm2，邊緣只有1mW/cm2。

2）集成對稱聚光系統。美國航空航天局在20世紀90年代末的SERT研究計劃中提出了新一代的集成對稱聚光系統的設計方案。采用了位于桅桿兩邊的大型蚌殼狀聚光器將太陽能反射到2個位于中央的光伏陣列。聚光器面向太陽，桅桿、電池陣、發射陣作為一體，旋轉對地。聚光器與桅桿間相互旋轉維持每天的軌道變化和季節變化。

每個聚光器由36面平面鏡組成，直徑為455.5m，表面平面度為0.5°，鏡面反射率為0.9，鏡面為0.5mm的Kapton材料，依靠一個環形可膨脹環和一個可膨脹背板支撐，安裝在聚光器結構上，形成主鏡。桅桿長6373m，主鏡尺寸為3559m×3642m。

太陽電池陣的平均聚光率大約為4.25，考慮采用量子點技術，陣列效率可達到39%。太陽電池陣采用了肋化設計，可以增強散熱20%。太陽電池陣背板結構是一個可膨脹環網。每個1000m直徑的太陽電池陣由多個40m×25.6m的子陣組成。

2007年，改進后的設計方案將關鍵的太陽電池、微波發射機和發射天線集成為夾層結構（三明治結構），即外層板為太陽電池、中間夾層為微波發射機、底層為微波發射天線。利用位于桅桿兩邊的大型聚光器通過機構控制指向太陽，將太陽光反射聚集到夾層結構板上，電池發出的電力可以通過較短的電纜傳遞到微波發射機，消除了對于大功率導電滑環和長距離電力傳輸的需求。夾層結構板的發射陣面指向地球。

3）分布式繩系衛星系統。為減小單個模塊的復雜性和質量，日本提出了分布式繩系衛星的概念。其基本單元由尺寸為100m×95m的單元板和衛星平臺組成，單元板和衛星平臺間采用4根2～10km的繩系懸掛在一起。單元板為太陽電池、微波轉換裝置和發射天線組成的夾層結構板，共包含3800個模塊。每個單元板的總質量約為42.5t，微波能量傳輸功率為2.1MW。由25塊單元板組成子板，25塊子板組成整個系統。該設計方案的模塊化設計思想非常清晰，有利于系統的組裝、維護。但系統的質量仍顯巨大，特別是利用效率較低。

4）任意相控陣太空發電站（SPS-ALPHA）。在美國航空航天局創新概念項目支持下，由美國、日本和英國科學家共同提出了一種新的概念方案――任意相控陣太空發電站。

該方案采用了模塊化的設計思想，并且創新性地提出了無需控制的聚光系統概念（該聚光系統的有效性還有待進一步完善），對于控制系統的壓力大大減小。整個系統的質量約為10000～12000t。

5）激光太空發電站（L-SSPS）。它是太空發電站概念發展的另外一個重要方向。在日本的太空發電站研究中，激光太空發電站占到很大的研究比重，重點研究太陽光直接泵浦激光方式。激光太空發電站基本單元包括太陽聚光鏡、散熱器、激光發生器、激光發射器和支持系統。采用太陽聚光鏡（如拋物面）或透鏡（如菲涅耳）進行太陽光高聚光比聚焦，聚集的太陽光發送到激光發生器，利用直接泵浦激光方式產生激光，激光擴束后傳輸到地面，地面可以采用特定的光伏電池接收轉化為電力，或者直接用于制氫。對太陽直接泵浦激光器，有幾種類型的材料適合作為激光介質：從抵抗熱應力的角度來看，藍寶石似乎是最佳的激光介質材料。由于大量藍寶石晶體生產難度很大，大多數材料取用釔鋁石榴石（YAG）激光晶體。一個10兆瓦級的激光太空發電站的典型幾何參數為太陽聚束鏡面100m×100m×2，散熱器100m×100m×2。

一個吉瓦級的電站由100個基本單元組合而成，整個系統結構形狀對稱，太陽輻射壓形成的干擾不影響系統的穩定性。因此，用于姿態控制和軌道保持所需推進器的質量較小。在激光太空發電站設計中，由于聚光比達到幾百倍，激光器的效率和系統的熱控制是非常關鍵的因素。高精度的激光波束指向控制也是一個非常重要的難點技術。

3 我國太空發電站研究現狀

我國研究人員從20世紀80年代以來就一直在關注國際太空發電站的發展。20世紀90年代，多位中國學者參加相關國際研究活動。近年來，越來越多的專家開始關注太空發電站的發展。“十一五”期間，在中國航天科技集團公司莊逢甘院士、王希季院士等為代表的國內科技專家積極推動下，我國太空發電站研究工作也步入了起步階段。

2006年7月，中國空間技術研究院組織進行了太空發電站發展研討會。根據專家的研討意見，建議開展太空發電站概念和發展思路研究。2010年，王希季、閔桂榮等7位院士牽頭開展中國科學院學部咨詢評議項目――太空發電站技術發展預測和對策研究。項目在深入分析了太空發電站涉及的主要工程技術難題后，提出了我國發展太空發電站的頂層考慮和對策及發展建議。2010年，中國空間技術研究院組織了“全國空間太陽能電站發展技術研討會”，12位院士和近百位專家參加，他們研討了我國太空發電站發展的建議。2013年10月，國防科技工業局組織召開了“我國空間太陽能電站發展思路”研討會。2014年5月，“空間太陽能電站發展的機遇與挑戰”香山科學會議在北京召開。

近年來，國內參與太空發電站的研究團隊在逐漸擴大，主要研究單位包括：中國航天科技集團公司、中國工程物理研究院、重慶大學、西安電子科技大學、四川大學、北京理工大學、哈爾濱工業大學、北京科技大學、中國科學院長春光學精密機械與物理研究所等。國防科技工業局支持了與太空發電站相關的總體和關鍵技術研究工作。目前，在總體規劃、總體概念方案、微波無線能量傳輸技術等方面取得了一定的成果，同時也帶動了大型空間結構、空間薄膜太陽能發電等技術的發展。

國內研究團隊在開展太空發電站研究的同時，與美國、日本、俄羅斯、歐洲等國家的科學家建立了良好的溝通渠道。2013年，國際宇航聯大會在北京召開，中國專家應邀作了“21世紀人類的能源革命――空間太陽能發電”的主旨發言。

4 太空發電站的技術挑戰及主要關鍵技術

太空發電站是一個宏大的工程，國際上對此的研究已經超過40年，仍然是國際空間領域關注的熱點方向并持續開展的研究。但是到目前為止，還未研制出一個演示型太空發電站，也反映出其發展還面臨著很大的挑戰，包括技術難度、投入和安全性等。

太空發電站規模巨大，質量達到萬噸，結構達到千米，發電功率為吉瓦級，壽命需要在30年以上。相比于目前的衛星，其尺寸、質量、功率等都要提升多個數量級，壽命也比目前的衛星高出約1倍。對于新型運載技術、新型材料、高效能量轉化器件、超大型航天器結構及控制技術、在軌組裝維護技術等都提出了很大的技術挑戰。

成本問題也是制約太空發電站發展的主要因素之一。除了技術領域跨越式突破以外，還需要采用大批量的生產方式和商業運作模式來實現其規模化建設，以降低研制和運行成本。在未來傳統能源可能消耗殆盡的情況下，新能源市場將占據重要地位。規模化和產業化對于現有的航天器制造和發射能力都提出了巨大的挑戰，將需要現有航天工業生產體系發生根本性變革。

長期運行的安全性也是發展太空發電站需要特別重視的問題。理論上分析，雖然太空發電站功率很大，但如果采用微波能量傳輸模式，在地球同步軌道（GEO）由于距離遠（36000km），根據微波傳輸特性，實際接收天線的能量密度較低。典型系統的接收天線中心的最大微波能量密度約為23mW/cm2，天線邊緣微波能量密度約為1mW/cm2。雖然從系統設計的角度已經限制了波束密度，可以滿足安全性要求，但長期微波輻射下的生態、大氣、生物體等的影響問題需要開展長期的研究。同時，軌道和頻率資源也將成為太空發電站發展的重要限制條件之一，有必要從現在開始啟動相關研究工作。太空發電站發展的核心問題包括以下幾個方面。

（1）降低系統面積

太空發電站的面積主要由兩部分決定，一是太陽能發電部分的面積，即太陽電池陣面積或聚光器面積。不論是否采用聚光的形式，提高太陽能電池的光電轉化效率都是減小太陽能發電部分面積最有效的措施。二是微波發射天線面積。在選定的軌道和微波頻率下，微波發射天線面積與地面接收面積成反比，需要優化確定發射天線的面積。

（2）降低系統質量

太空發電站系統的質量主要集中在幾個方面：太空發電站主結構、太陽電池陣、聚光器、微波轉化裝置、發射天線、電力傳輸及管理系統等。減小系統質量可以重點考慮：①降低單位面積的質量（降低太陽電池、聚光陣、發射天線的面密度）;②降低結構、機構的質量（降低結構體積和結構密度）;③降低傳輸電纜的質量（縮短電纜長度，減小電纜截面積和密度）;④提高轉化效率，降低微波轉化器件、電壓變換設備的質量。

（3）降低系統的收攏體積

太空發電站是一個巨大的空間系統，在空間所占的體積非常大，需要多個模塊在軌組裝。為了提高運載的效率，除考慮運輸質量能力外，還要充分考慮運載器的包絡限制，要求每個模塊在發射階段為收攏狀態、在空間進行展開，盡可能地提高運輸載荷的收攏率，將盡可能多的載荷運輸到空間。重點研究的技術包括：折疊展開桁架結構;折疊展開太陽電池子陣、聚光器;折疊展開天線模塊;充氣式結構等。

（4）旋轉機構

為了保證太空發電站的高效率工作，需要太陽電池陣（或聚光器）對日定向、發射天線對地球接收站定向。在一個軌道周期內，太陽電池陣（或聚光器）與發射天線間的相對位置變化達到360°，必須采用大型旋轉機構。由于太空發電站體積、質量巨大，特別是功率巨大，給旋轉機構帶來很大的困難。目前的太空發電站概念設計一般考慮幾種情況：①采用大功率導電旋轉關節，技術難度大;②無旋轉機構，采用發射天線與電池陣固定的方式，但以增加系統質量、損失系統效率為代價，特別是功率的劇烈波動;③采用聚光方案，利用聚光器系統的旋轉，可以消除大功率導電旋轉關節;④采用微波反射方式，通過微波反射器旋轉，可以消除大功率導電旋轉關節。

太空發電站的主要關鍵技術及重點研究領域包括10個方向：空間超大型可展開結構及控制技術;空間高效太陽能轉化及超大發電陣技術;空間超大功率電力傳輸與管理技術;天線能量傳輸技術;軌道間轉移技術及大功率電推進技術;空間復雜系統在軌組裝及維護技術;大型運載器及高密度發射技術;電站系統運行控制及地面接收管理技術;電站發展的基礎材料和器件研究;電站經濟性、政策、環境保護、商業化等相關問題研究。

5 太空發電站的應用前景

太空發電站發展的核心應用目標是為地面提供商業化、大規模的電力供給，解決人類長期對于穩定的可再生能源的需求問題。同時，太空發電站對于地面偏遠地區供電、緊急供電、航天器供電、調節環境等方面都具有重要的應用前景。太空發電站的發展也將為更為長遠的月球太陽能電站的發展奠定基礎。

5.1 地面電力供給

空間太陽能最大的優勢在于可以幾乎不間斷地為地面提供清潔的可再生能源。如果能夠有效地利用空間太陽能，將可以為人類提供巨大的、無盡的清潔能源儲備。假設在空間地球靜止軌道上每間隔0.5°（間距約360km）布置一個太空發電站，每個太空發電站的發電功率為5GW，則可以為地面連續提供約3.6×109kW的電力。同時巨大的空間供電還可以用于地面的海水淡化、制氫等，從而可以用于其他的清潔能源利用。同時，太空發電站作為一種大型的空間供電基礎設施，覆蓋面非常寬，可以靈活地用于地面移動目標的供電和緊急情況下的供電，包括偏遠地區、海島、災區等。

5.2 航天器電力供給

太空發電站可以實現對可視范圍內的低軌、中軌和高軌航天器供電，由于不會受到地球大氣層的影響，比較好的方式是采用激光無線能量傳輸，可以保證長距離上較好的指向性，還可以減小發射和接收端的面積。采用無線能量傳輸供給的航天器，由于不需要巨大的太陽電池陣，功率水平和控制精度將大大增加，對于未來的大功率通信衛星、高精度科學衛星等的發展具有重要的價值。未來也可以利用太空發電站直接進行空間燃料生產以及進行空間加工制造，使得未來的空間工業發展變成可能。

太空發電站作為一種較好的空間大功率供電方式，也可以作為深空探測能源系統的候選方案。一方面，太空發電站利用無線能量傳輸可以為深空探測器的先進推進系統提供持續的能量供給，利用激光推進技術能夠實現2～5年內到達小行星帶內的多顆小行星，并實現采樣返回;另一方面，可以利用在行星軌道運行的太空發電站為行星表面的基地提供能量供給。

5.3 環境調節

傳統化石能源的利用引起了地球溫度的升高，隨之產生的臺風和龍卷風等惡劣氣象的頻繁出現給人類帶來巨大的災難。目前，科學家已經提出并且分析了利用太空發電站減緩或改變臺風路徑的可行性。核心思想是采用水氣等易于吸收譜段的微波，將太空發電站的巨大能量傳輸到龍卷風所在的區域，通過改變臺風的溫度分布，從而破壞龍卷風的形成過程。近期，科學家也提出了利用太空發電站減緩大氣霧霾的思想，也可以起到環境調節的作用。

5.4 月球太陽發電站

在太空發電站基礎上提出的另外一種可能的大功率空間能源利用方式是月球表面太空發電站，利用月球資源建立月表太陽發電站，實現向地球的輸電。

月表環境非常適合于大面積太陽能發電。月表太陽光照條件穩定，不存在空氣和水汽的影響，不會影響大面積薄膜裝置的性能。采用轉化效率為10%的太陽電池，就可以實現1km2產生130MW的電能，而且月球星體力學條件穩定，不會受到天氣、地震活動和生物過程的影響。月球物質十分豐富，月塵和巖石材料包含了至少20%的硅、40%的氧、10%的金屬，可以直接進行月球原位資源利用生產所需的太陽電池、電線、微電路部件、反射屏等，適合于月球太陽能電站的建設。

6 結束語

可再生能源重要性的提升為太空發電站的發展提出了實質的需求，太空發電站將可能成為未來可再生能源組成中的一個重要部分。作為一個巨大的空間應用系統，其規模遠遠超過了人類目前研制出的最大航天器―“國際空間站”，其面臨的技術難度也遠遠超出現有空間技術水平，對于航天技術的發展提出了很大的挑戰。

航天領域經過半個多世紀的飛速發展取得了巨大的進步，特別是載人登月和“國際空間站”的建成是人類最具里程碑的航天成就。我國在對地遙感、通信導航、載人航天、深空探測幾大領域取得的突破性成就表明，我國在航天領域達到了國際先進水平。我國目前正在研制的-5大型運載火箭將在2014年左右實現約20t的近地軌道運輸能力，2020年左右將要建設我國的空間站，未來可能發展更大規模的運載火箭，航天領域的快速發展將給我國太空發電站的發展帶來很大的機遇。