【空间太阳能电站:科幻能否成现实?】盼来盼去,中国工程院院士、重庆大学教授杨士中团队期待已久的璧山空间太阳能电站实验基地(以下简称璧山基地)终于开工建设了。团队骨干专家、重庆大学微电子与通信工程学院教授仲元昌告诉《中国科学报》,该基地预计年底完工,明年正式开始相关试验。前期,他们已在300米高度开展能量传输试验。

据报道,国际上只有中国、美国、日本等少数几个国家真正开展空间太阳能电站地面验证。而在我国,除了杨士中团队外,中国工程院院士、西安电子科技大学教授段宝岩团队也在紧锣密鼓地开展相关试验。

在太空中建设太阳能电站,听起来很科幻,现实同样不容易。

中国科学院院士王希季曾在香山科学会议上将空间太阳能电站系统需要的关键技术总结为“聚、传、建”。而要攻克每一项关键技术,难度极大,以至于有专家学者直呼,建设空间太阳能电站只是一个概念。

【第一阶段的第一步】

其实,留给我国专家团队的时间不多了。

早在2010年8月,在中国空间技术研究院举办的空间太阳能电站技术研讨会上,12位院士和百余位相关领域专家提出了我国空间太阳能电站发展路线图。

根据路线图,2030年开始我国将建设兆瓦级小型空间太阳能试验电站,到2050年具备建设吉瓦级商业空间太阳能电站的能力。其中第一阶段又具体分三步,首先开展关键技术的地面及浮空器试验验证,其次开展高空超高压发电输电验证,最终开展空间无线传能试验。

而杨士中和段宝岩团队目前的工作正处在第一阶段的第一步。

仲元昌向《中国科学报》介绍,前者依托高空气球,先建设浮空平台,然后再开展微波传输原理、关键技术探索等试验。

杨士中团队考虑到目前的技术水平及条件受限,直接在3.6万公里的同步轨道做试验还不现实,就先在平流层建立起一个简单的太阳能电站。根据其计划,第一步先将气球放到300米低空开展试验;下一步再让气球升到2千米高空;最后,才会将气球平台升入平流层中,建立平流层太阳能电站,实现平流层的太阳能收集、储能,并以微波和激光的方式向无人机充电及地面的应急供电。

而后者是一种基于球面线聚焦原理的聚光方案。在西安电子科技大学校园内,一座巨大的三角形塔拔地而起。在塔中心,距离地面55米高处有四个半球面的聚光装置,每个直径约6.7米。当太阳光射入球形反射面上后,会汇集到一个固定的聚光区,再通过太阳能电池产生直流电,随后转成微波,通过发射天线传输到地面。

“虽然路线不同,但目的都是测试微波传输原理及相关关键技术。”仲元昌说。

值得一提的是,两个团队的项目同时在2018年12月启动。其中,西安电子科技大学的空间太阳能电站系统项目被命名为“逐日工程”。据媒体报道,璧山基地项目被称为全国首个空间太阳能电站实验基地;“逐日工程”被称为全球首个太阳能电站地面验证中心。

【只是概念吗】

其实,研究建设空间太阳能电站的国家不仅只有中国,这一概念最早由美国科学家在1968年提出。所谓空间太阳能电站,就是在空间将太阳能转化为电能,再通过无线能量传输方式传到地面的电力系统。

之所以提出建设空间太阳能电站,仲元昌分析,正是因为人类对新型清洁能源需求变得越来越迫切。但在新型清洁能源中,核能因其具有高风险性从而争议不断,风能、水能的稳定性又会受到季节和地理位置的影响。太阳能由于具有总量巨大,且具有取之不尽的优势,可成为未来能源供给的支柱。

“相比于地面太阳能电站,空间太阳能电站不受大气衰减、季节昼夜变化及地理位置的影响。”杨士中进一步解释,在西北地区,一平方米太阳能电池可产生0.4千瓦电,而在日照较少的重庆,仅产生0.1千瓦电。但在距离地球表面约3.6万公里的地球同步轨道上,发电功率可达10~14千瓦。

早在20世纪70年代和90年代,国际上分别发生几次能源危机,美国继而开始资助空间太阳能电站研究项目,并相继提出多个方案。日本从20世纪80年代开始研究,计划在2030年完成1吉瓦商业运行系统的技术线路图。

段宝岩设想,空间太阳能电站未来可以成为轨道中的“太空充电桩”。他指出,目前中小卫星需要携带太阳帆板进行充电,但其效率低,因为当卫星旋转到地球阴影区便无法充电。如果有了“太空充电桩”,卫星则不再需要太阳帆板,只需要新增一条接收天线,充电时飞过去,充完电再飞回来。“就像加油站一样。”段宝岩形容道。

在仲元昌看来,研究建设空间太阳能电站更重要的意义是可带动整个航天领域空间技术的全面进步,如在轨大型结构制造能力、人类利用空间能力以及具有非常多应用场景的微波/激光传输能力。

【争议中前行】

实际上,空间太阳能电站概念自提出以来就饱受争议,具体表现在技术、成本、安全上。

早在2011年,国际宇航科学院发布首份空间太阳能电站可行性和前景分析的国际评估报告。报告乐观地估计,空间太阳能电站不仅在技术上可行,且在未来30年内也在经济上可行。

但就目前来看,技术上是否可行,科学界还存在质疑。

例如,空间太阳能电站的远距离无线能量传输载体有微波和激光两种,相较而言,微波的能量传输效率更高、云层穿透损耗低、安全性较好,而且技术相对成熟。因此,现行的方案多以微波传输为主。

“在可预见的十年内,无线远距离能量传输这一核心关键技术难以取得重大突破。”中科院广州能源研究所研究员舒杰告诉《中国科学报》。

空间太阳能电站是一个非常庞大的系统工程,其重量、尺度方面远超现有航天设施,因此人们将其称为航天和能源领域的“曼哈顿工程”。例如,即使一个小型的兆瓦级空间太阳能电站的重量,就比现在的国际空间站要大,再考虑到发射所需要的大型运输火箭、在轨组装难度等,“不是一个量级”。仲元昌说。

中国空间技术研究院研究员王立等人分析提出了空间太阳能电站发展需要的9项关键技术,包括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、无线能量传输技术、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和电站发展的基础材料和器件研究。

鉴于空间太阳能电站商业运行的前期投入和建设难度巨大,以及国际舆论对空间大功率系统较为敏感,专家建议,开展国际合作是发展空间太阳能电站的重要途径。https://t.cn/A6IXZd8q

【不一样的山东 | 极速高铁,青岛造!】2021年7月20日,由中国中车研制、具有完全自主知识产权的时速600公里高速磁浮交通系统在青岛成功下线。这是世界首套设计时速达600公里的高速磁浮交通系统,标志着中国高速磁浮成套技术和工程化能力获得新突破。“车厢内科技感强烈,有一种科幻的视觉冲击,启动时感觉不到起浮晃动,非常平稳、安静,几乎没有噪音。”青岛轨道交通产业示范区产业发展部部长范子龙,这样描述试乘时的感受。

这已经不是青岛第一次见证中国铁路的历史时刻。

1952年7月26日,四方铁路机车厂南广场沸腾的人群曾目睹了新中国第一台国产火车头“八一号”的成功试车。

从“八一号”、“和谐号”、“复兴号”,再到此次落地的高速磁悬浮交通系统,青岛在中国轨道交通装备制造中举足轻重作用不容忽视:青岛生产的高铁动车占全国运营动车组约60%,地铁车辆约占25%。

换言之,在21世纪前20年中国建成的全球最大高速铁路网上,奔跑的高铁列车,往往是青岛造;青岛的高铁产业集群,成为这个城市新时代又一耀眼的经济新势能。

中车青岛四方机车车辆股份有限公司(以下简称“中车四方”)方面对经济观察报表示,青岛拥有门类齐全、结构完备的工业体系,以及一批世界知名的制造业企业。青岛在推动创新方面,充分尊重企业的主体地位,依靠企业主导的规模化、产业化、自主化的创新,不断培育和形成新的增长点。青岛持续打造产业链、资金链、人才链、技术链“四链合一”加优质高效政务服务环境的“4+1”发展生态,把城市的优势转化为促进创新、推动发展的重要力量。

另一方面,轨道交通产业也为青岛这座城市的经济发展,提供了源源不断的活力。

成立于2018年的青岛轨道交通产业示范区(以下简称示范区),是这种产业和城市互动的典型:青岛90%轨道交通产业聚集于此,这里坐落着中车四方等三家主机厂,以及127家高新技术企业、130家科技型中小企业、20家省级以上高端研发平台——其中包括由中车集团和青岛市共建的国家高速列车技术创新中心。

创新力量随着轨道交通的供应链,在产业和城市间流动、交互,“一方面龙头企业为周边的产业配套企业提供了订单,也为产品创新和企业发展带来了机会。另一方面产业的配套企业,能够为轨道交通发展提供优质的产品和服务。另外,其中一些围绕轨道交通供应链诞生的技术,可以拓展应用于其他产业领域,形成良性互动。”范子龙说。

范子龙介绍,接下来示范区将突出发展轨道交通装备制造及关联产业、新材料新能源产业、新一代信息技术产业,配套发展现代服务业。到2035年,示范区进入成熟发展期,轨道交通全产业链产值突破5000亿元,轨道交通装备产业规模与竞争力全国大幅领先,建成具有全球影响力的轨道交通产业集群,打造一批领航型企业和国际知名品牌。

产业基因

青岛是一座拥有“火车基因”的城市。

1900年,中车青岛四方机车车辆股份有限公司的前身即四方机车车辆厂在青岛成立。新中国成立后,四方机车厂又成为共和国机车车辆的摇篮。

20世纪80年代,四方车辆厂投入近亿元,在棘洪滩制造基地开始了其自1949年以来规模最大的一次技术改造。这一举措让青岛的轨道交通产业从市北区转移至城阳区,也让棘洪滩从原有的一片盐碱地逐渐发展成轨道交通产业的聚集地。

作为中国中车的核心公司,中车四方在中国高铁时代发挥了巨大的作用:这里诞生了中国首列时速200公里的高速动车组、首列时速300公里的高速动车组、首列时速380公里的高速动车组、首列“复兴号”动车组和首列城际动车组。

据中车四方相关人士介绍,目前从中车四方驶出了1600多组(标准组)高速动车组,是中国在线运营高速动车组数量最多的企业。

伴随着中车四方等主机厂的发展,青岛轨道交通产业规模也迎来了快速增长。2020年,示范区的轨道交通全产业链产值突破1100亿元,青岛生产的高铁动车占全国运营动车组约60%,地铁车辆约25%。按照赛迪研究院预测,2035年,青岛轨道交通产业集群总规模将达到7800亿元。

产城互动

截至2020年底,全国铁路运营里程已达14.6万公里,其中高铁近3.8万公里。2021年国家发改委等4部门印发了《关于进一步做好铁路规划建设工作的意见》,对新建高速铁路提出了客流密度等标准要求。此后,在国家发改委一季度新闻发布会上,新闻发言人孟玮在回答记者上述文件是否意味着“铁路建设全面收紧”时表示,“铁路建设中也暴露出片面追求高标准、重高速轻普速、重客运轻货运、重投入轻产出等问题,亟待得到妥善解决”。

在这一背景下,青岛轨道交通产业的下一步发展方向在哪?

围绕整车厂和关键零部件制造厂,长春、成都、株洲等多个城市形成了比较优势不同的轨道交通产业集群。

其中,青岛拥有扎实的产业链基础,但与其他轨道交通产业集群相比,仍存在一些短板。比如在动车九大关键技术方面,落地青岛主要有五项;主变流器、制动系统、牵引变压器等方面,青岛尚未形成大规模量产配套,部分产业环节薄弱或缺失。

此外,轨道交通拥有一个漫长的产业链,从上游的技术研究、设计开发、设计咨询,到中游的建设施工、装备制造,再到下游的运营维护、增值服务等,青岛目前的轨道交通产业链主要集中于装备制造环节,即利用主机集成商的地位与影响力,以及国家高速列车技术创新中心的平台优势,产业发展具有极大的扩展空间与潜力。

如何与产业形成更有有效的互动,如何在产业的周期波动中寻找到下一步的技术方向,是青岛以及每一个轨道交通产业聚集城市需要思考的问题。

轨道交通产业示范区,即是青岛给出的应对方案之一。

为推动轨道交通产业高质量发展,青岛市于2013年成立青岛城阳工业园区(挂青岛轨道交通产业开发区管理委员会牌子),于2018年将其由城阳区政府直属单位升级为市政府派出机构,正式成立青岛轨道交通产业示范区。这是一个以轨道交通产业为主导的新型工业园区,也是青岛市唯一一个先有产业、后有园区的功能区。

“如果放由产业自然发展,可能会遭遇发展瓶颈,多年后就会遇到‘天花板’,青岛市也意识到了这一点,这也是示范区成立的一个初衷”,范子龙说。

示范区成立后,内设部门瘦身精简,在人事、薪酬管理等方面做出了一系列调整,优化了营商环境,同时实行了市场化、专业化的“双招双引”,以纵向拉长产业链、横向拓宽产业宽度为目标,引导示范区轨道交通产业发展。

“纵向拉长产业链条”,即以一辆动车整车为蓝本,分解零部件组成,以这些组成逐一进行精准招商,实现补链、延链、强链;“横向拓宽产业宽度”,就是围绕中车配套产业链部署创新链、围绕创新链布局拓展关联产业链。

范子龙介绍,在产业方面,示范区将突出发展轨道交通装备制造及关联产业、新能源新材料产业、新一代信息技术产业,配套发展现代服务业。其中,新能源包括突破高能量密度储能装置和能量管理策略关键技术,开发锂电池、燃料电池、超级电容、超导储能等产品;新材料重点发展以碳纤维为代表的复合材料、钛合金材料、半导体材料、石墨烯复合材料,以及新型涂料、环保材料、减振降噪材料等。

“轨道交通产业包括两个范围,一个是装备制造核心圈层,另一个是延伸圈层,而后者将会是示范区发展的主要方向,包括新能源、新材料等,这个圈层的产业外溢作用强,对青岛本地其他产业发展也能带来很好的推动作用”,范子龙说。

创新底座

创新是青岛轨道交通产业和这座城市共同的底座,并正在产业发展中发挥重要作用。

中车四方方面对经济观察报表示,“创新”是驱动中车四方发展的第一动力。而青岛是国家首批沿海开放城市和创新型城市,区位优势明显,气候条件适宜,吸引了海内外众多企业、大学、科研院所落户创业,聚集了丰富的科创资源,是国家创新体系的重要组成部分。

2016年9月5日,科技部、国务院国资委共同推动建设的第一个国家技术创新中心——国家高速列车技术创新中心,在青岛设立,是集政府、科研院所、高校、企业等多方力量共同构建的国际化、专业化创新平台。

如今,国家高速列车技术创新中心正在成为央地、产研等不同创新力量汇集的平台。

范子龙介绍,中车、青岛双方已累计投入65亿元用于该中心的载体建设,布局建设高端实验平台、产业化研究院等产业项目15个。其中,高速磁浮实验中心、高速磁浮试制中心等技术创新平台交付使用,中车大数据中心等12个产业项目开工在建。

此外,青岛市政府和中车联合设立总规模40亿元的中国(青岛)转型升级基金,重点支持轨道交通产业相关的新材料、关键零部件、新一代信息技术等领域发展。

中车四方方面介绍,国家高速列车技术创新中心以青岛为核心区域,充分发挥中国中车的行业引领作用,具有“聚智、协同、转移、辐射、合作”功能,打造轨道交通科技创新“火车头”,对突破国家高端轨道交通装备领域关键技术,面向全球竞争抢占高铁产业发展机遇,形成引领产业发展的新优势,具有十分重要的现实意义。

7月20日在青岛成功下线的600公里高速磁浮交通系统,也有国家高速列车技术创新中心的贡献。范子龙介绍,高速列车创新中心与航材国创(青岛)高铁材料研究院合作研发的悬浮架托臂和电气ASG箱已完成研制,填补了国内大型薄壁铸造技术空白,为600公里时速高速磁悬浮列车工程化提供了有力的技术支撑。

尽管目前高速磁浮列车仍在调试线阶段,产业化尚有距离,但围绕中车四方和高速列车创新中心,青岛轨交产业在经历了“高铁时代”的迅猛发展后,依然在新的产业方向上有先发之势,有望迎来高速磁悬浮列车从工程技术到产业的跨越。

在这一领域,目前多个轨道交通产业聚集城市均有所准备,而首条试验线的落地将成为竞争的关键,多地在交通规划或相关政府文件中均提及了建设磁悬浮线的意向。

在这方面,山东也有所布局。2018年10月,山东省政府网站公布的《山东省沿海城镇带规划(2018-2035年)》批复中即提及,先期谋划在青岛、烟台间建设磁悬浮线路,并考虑预留青岛、日照间磁悬浮研究线位。(经济观察网)

#老萌鉴书2021#No.29。
《猫不存在》?未来事务管理局编的这部书很适合闲时阅读,是厕上好读物。22位作者写作的22篇与猫相关的科幻短文,让我们全方位地体会猫的不同。不看不知道,看完忽然觉得,猫跟狗还真不一样。虽然都是宠物,它却又更独立的“猫格”和世界。
在正常且平凡的生活里,时不时停下来,让思绪信马由缰,无拘无束驰骋一番,亦是治愈之极。尤其是这疫情期间无法正常出行,跟着文字想象一下猫的世界。。。
猫的由来,猫跟人类对调一下位置,猫成为地球的主人,人类作为宠物;猫的平行世界;猫的各种可能性。老萌最喜欢的是柠檬黄的《猫在十点零八分的时候开始思考》以及慕明的《伴我同行》。 前者层层呼应,环环相扣,从波莱尔的给无限时间猴子也能打出一部《哈姆雷特》到戈尔曼的当知道关于自己的预言后是否还能篡改预测,再到塞尔的中文屋实验,到图利的猫里拒绝给猫注射可以成为智慧生命的物质是否等同于杀人,再到汤姆森那著名的电车难题--为救五个人是否要杀死一个人,最后是希克的充斥灵活多变自然法则的世界。一篇文章下来,经历六场思想的激荡,悖论的洗礼,那叫一个酣畅淋漓!后者则先是雨后天晴,最后埋着一场暴风雨的狡黠,起起伏伏又带悬念,终点犹如点睛之笔:嗯,来吧,毕竟我们都养猫。开放式的结尾,引人遐想。
得,得找回《时间不存在》来看了。


#萌购指数#3星半


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