科技工作者日④丨潜心钻研微波输能 83岁高龄的他要向太空“借电”
人物简介
杨士中，男，1937年10月生，1960年毕业于重庆大学，1997年当选为中国工程院院士。博士生导师，国家有突出贡献的专家，国家“211工程”运载器测控及遥感信息传输技术重点学科和国家“985工程”科技创新平台测控及遥感信息传输研究院首席科学家。
当前，我国正在大力推广空间太阳能电站和微波输能。由杨士中团队率先发起的微波输能与空间太阳能电站领域攻关，已完成了一套具备高空系留锚定能力的氦气浮空平台及其微波输能载荷的研制。
“目前，我们的主要任务还是解决空间太阳能电站的微波输能问题，继续把这项科研工作做下去，让重庆在该领域占据不可替代的先进性位置。”现已83岁高龄的杨士中说。
向太空“借电”
2018年，重庆军民融合研究院、重庆大学、西安卫星有效载荷研究院、西安电子科大、CAST钱学森实验室联合在重庆建立空间太阳能电站实验基地。
空间太阳能电站是什么？杨士中介绍，即在地球轨道上建立太阳能电站，收集太阳能，并通过无线传输方式向地面提供持续电力的发电系统。
太阳能虽取之不尽用之不竭，但在地面上的利用率并不高。杨士中介绍，这是因为太阳能在经过地球大气层时衰减了很多，但在3.6万公里太空中，太阳能却非常充裕。
杨士中举例说，一平方米的光伏电池在西北地区中午太阳直射时约能产生0.4千瓦左右的电力，在多雾的地方顶多达到0.1千瓦。但如果在脱离了对流层的太空中，却能产生10-14千瓦的电力，比在地球上的利用率高得多。
因此，在太空建太阳能电站可以破解能源供给难题。然而，空间太阳能发电是一个宏伟的空间和地面工程，涉及到许多重要的技术领域，如空间运输、航天器设计、微波技术、激光技术、材料技术等，面临着一系列问题。比如电站在太空姿态如何控制，在太空的如何保证安全、能量如何传输等等。
“建成一座空间太阳能电站，预计需要30多年时间。我们希望在实验基地，建平流层气球太阳能电站，既能以较低的成本发电，也能对未来的空间太阳能电站所需技术进行优化和验证。”杨士中介绍，气球太阳能电站的成本远低于空间太阳能电站，发电量约为后者的70%左右，使用微波输能无线传输技术。
将微波输能技术应用到各个领域
在太空中建立的空间发电站，其电能功率是相当大的，要通过微波输能技术将如此大功率的电能传输到地面，这个传输通道的技术性、安全性问题都需要经过严格的论证。
当前，杨士中团队的一项重要科研工作就是空间太阳能电站的第一期工程——微波输能无线传输技术的研究。具体来讲，微波输能就是一个大功率的雷达，在空间站将千瓦级的功率汇集成大功率波束，通过对波束进行指向控制发射到地面上后，对微波收集整流，变换成50赫兹交流、直流电，才能接上电网输送到用户端去。
2015年，杨士中团队就率先发起微波输能与空间太阳能电站领域攻关，目前已完成了一套具备高空系留锚定能力的氦气浮空平台及其微波输能载荷的研制。“空间太阳能电站实验基地已经在武隆区开工建设，下一步就是在实验室进行实验。”杨士中说。
与此同时，杨士中团队也在探索将微波输能技术应用在更广泛的民生领域，如高海拔地区输电、自然灾害监测、高空通信平台的建设等等。“比如在阴天多晴天少的川藏铁路线上，可以用微波输能来供给电能；在山体滑坡前出现微位移和微变形时，通过微波来实现灾害监测，达到灾害预知的效果。”杨士中说。
作为一名科研工作者，尽管已经83岁高龄，杨士中仍每天都坚持搞科研，疫情期间也不例外。正是凭借着这样潜心钻研的精神，杨士中的办公室里，国家发明奖、国家科技进步奖、全国科学大会奖……各项奖章、荣誉琳琅满目。
在科技工作者日来临之际，他寄语年轻一代科研工作者：“改革开放以来，我们国家科技发展取得长足进步，这离不开每一位科研工作者的付出。希望年轻的科研工作者们拥有坚实的基础和宽广的知识领域，坚持科研工作，让中国成为一个更强大的科技强国。”
上游新闻·重庆晨报 王倩
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