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西安电子科技大学“逐日工程”取得重要阶段性(2)
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摘要:2022年6月5日,从西安电子科技大学段宝岩院士带领的“逐日工程”研究团队传来好消息,世界首个全链路全系统的空间太阳能电站地面验证系统顺利通过专
2022年6月5日,从西安电子科技大学段宝岩院士带领的“逐日工程”研究团队传来好消息,世界首个全链路全系统的空间太阳能电站地面验证系统顺利通过专家组验收。这一验证系统突破并验证了高效率聚光与光电转换、微波转换、微波发射与波形优化、微波波束指向测量与控制、微波接收与整流、灵巧机械结构设计等多项关键技术。
段宝岩院士团队研制的全链路全系统空间太阳能电站地面验证系统通过验收
接下来,段宝岩院士带领的研究团队,在目前已经实现的一对一传输的基础上,又将投入到微波大功率无线传输一对多等方向的探索当中。
全链路全系统地面验证系统验证了完整过程。与此同时,西安电子科技大学段宝岩院士团队提出了欧米伽(OMEGA)空间太阳能电站设计方案。这一设计方案与美国的阿尔法(ALPHA)设计方案相比,具备三个优势:控制难度下降,散热压力减轻,功质比(天上系统的单位质量所产生的电)提高约24%。
一天夜里,已是凌晨时分,北校区新科技楼旁,一位长者正带着两位青年学生抬着一个200公斤的天线走到实验楼楼口。天线太沉,人手太少。于是,长者去楼门口“抓壮丁”。在这栋楼的实验室内,每天都有上千学生进行各种试验,凌晨时分下自习者并不鲜见。长者很快“抓到”了几个刚走出实验室的“学生壮丁”。就在大家一起抬天线的时候,学生们发现身边这个长者不是别人,正是“逐日工程”的首席科学家段宝岩院士。
更为重要的是,作为一名曾经担任过十年校长的教育工作者,段宝岩看重了推动“逐日工程”产生的“技术工具包”和“人才演兵场”作用。他说,这项研究工作可以为全链路全系统空间太阳能电站所涉及到的技术领域,提供一个齐头并进的发展环境,与此相关的技术与工程研究,都可以在这个“两全”的技术包基础上,对供能方式进行个性化微调,从而实现设计的创新发展。
段宝岩介绍说,“而西电搭建的这个地面验证系统,是全链路全系统的,实现了从跟日、聚光、光电转换、微波发射到微波接收整流等完整过程。”
“从事科学研究工作,特别是我们这样的工程项目,需要亲自动手,需要实际操作,需要一次次跑现场,绝不是在电脑上做做仿真就行了的。”段宝岩院士反复强调。在这近三年地面验证系统搭建攻坚阶段,段宝岩与团队成员夜以继日最晚的记录是早晨六点,而且不止一次。其中最近的一次发生在2022年4月,学生们在一项试验中的数据始终不能让人满意,他陪着学生一起通宵达旦到了次日早晨六点。回家简单洗漱之后,送他参加另一个学术研讨会的汽车已等在楼下。
如果从2013年通过院士建议参与到推动中国空间太阳能电站研究工作算起,今年正好是段宝岩院士带领的西电研究团队参与这一科研攻关项目的第10个年头。10年来,研究团队从方案提出、理论分析、仿真计算、室内传能验证、户外地面验证,正一步一个脚印地稳步向前开展着空间太阳能电站相关研究工作。
“逐日工程”空间太阳能电站地面验证系统位于西电南校区,其支撑塔为75m高的钢结构,验证系统主要包括五大子系统:欧米伽聚光与光电转换、电力传输与管理、射频发射天线、接收与整流天线、控制与测量。其工作原理,首先是根据太阳高度角确定聚光镜需要倾斜的角度,在接收到聚光镜反射的太阳光后,位于聚光镜中心的光伏电池阵,将其转化为直流电能。随后,通过电源管理模块,四个聚光系统转换得到的电能汇聚到中间发射天线,经过振荡器和放大器等模块,电能被进一步转化为微波,利用无线传输的形式发射到接收天线。最后,接收天线将微波整流再次转换成直流电,供给负载。
一千多个日日夜夜,“逐日工程”验证系统各子系统的搭建,以及一次次失败之后重新再来的艰辛与痛苦,都凝聚在下面这样的一个个瞬间,以及项目组团队成员持之以恒、锲而不舍的身影之中。
有一天深夜,天气预报显示一场暴雨将在几个小时以后抵达。刚刚在南校区试验场测量完聚光器型面精度,张逸群正打算将空中系统落地回收、搬回库房时,却发现了一个自己难以解决的问题:空中系统和地面支撑运输结构难以完全装配,这里牵扯到了结构和控制诸多因素。一个小时的无果尝试之后,眼看乌云密布,他拨通了远在20里外北校区的另一位团队骨干陈光达教授的微信视频。又是一个小时的远程讨论,无果。此时已是凌晨两点,一辆轿车从北校区的南门驶出,半个小时后,陈光达出现在满头大汗的张逸群身旁。此刻,雷声滚滚,他们终于在大雨到来的最后一刻之前,将空中系统完美降落在地面支撑运输结构上,将系统完整无缺地搬回到了库房。
文章来源:《电子设计工程》 网址: http://www.dzsjgc.cn/zonghexinwen/2022/0615/1668.html