【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

脑血管破裂前有10个信号,千万别等半身不遂才看到!
专家提醒,脑血管病在发病前,会有很多征兆,但由于症状较轻,很易被人们忽视,特别是对于本身有高血压的人群,下面这10个信号,一定要记住!
10个症状有3个要小心
专家介绍,下面这10个症状如果出现3个以上症状,并伴有高血压等疾病就要小心了。
1、眩晕
这种严重的头晕往往突然发生,看外界的事物有转动感、晃动感。根据每个人的病情不同,症状持续的时间可能不一。有些人伴发恶心或者耳鸣。
2、短时间的语言困难和浑身乏力
这种现象往往突然发生,短的时候,一二十秒就可以过去,长的时候,十几分钟乃至数小时才能恢复正常。恢复之后,患者不留任何后遗症。切记,这是脑缺血发生的前兆。
3、突然发生剧烈的头痛
如果高血压患者,突然出现严重的头痛、头晕,伴有呕吐,要高度怀疑脑血管疾病。这个时候应该立即测量一下血压。
即便这种现象短时间内自动消失,也要提高警惕。此现象反复发生多次,患者就可能出现难以挽回和逆转的脑出血。
4、半身麻木
如果常常感觉左右半身麻木,应该考虑脑内小血管是不是出现了问题。如果麻木的同时,出现上肢或者下肢的乏力,情况就更加危急了。
5、突然健忘
如果对从前的事情完全忘记,但是在数小时之后又有所好转,在遗忘的时候内心恐局促不安,要考虑急性脑血管病发作前兆。
怎样才能避免脑血管崩溃,保护心脑血管健康呢?这里推荐给大家一个最简单的预防方法:会喝水!
睡前喝一杯水,可以稀释血液黏稠度,减少心肌梗死、心绞痛、脑血栓等突发危险。对于糖尿病人来说,保持一定的水分还有利于控制血糖。
6、眼前蒙黑
突然一过性的眼前蒙黑,或者一只眼睛出现食物不清,看东西模糊,甚至出现重影。这些都是是脑溢血的前兆,所以千万不能大意。
7、白天嗜睡
一些人在脑溢血发病前都会出现嗜睡的症状,即便是在精神很好的白天也睡意明显,非常疲惫、睡不够的感觉。
8、经常呛咳
在喝水或者进食的过程中莫名的出现呛咳,这也是很多人脑溢血的先兆。
9、哈欠连天
一些病人还介绍,他们会不分时间、地点而情不禁自的打哈欠。其实这正是大脑缺氧的征兆。
10、舌根发硬、嘴角流口水
突然感觉舌头根部僵硬,舌头膨大,说话说不清楚。甚至舌头痛、吞咽困难。突然出现的一侧嘴角流口水、不能说话或说话含糊不清。
救命的方法
发生中风首先我们要打120急救电话,在这种危机情况下,很多病人都是在医院急救医生赶到前,错过了最佳治疗时机!因急救不及时而死亡,侥幸者也会留下终身的残疾!
下面我们介绍一种能够就地取材的中医急救法,关键时候可以救命!
中风放血急救法
为了父母,你需要知道患了中风,脑部的微血管,会慢慢的破裂,遇到这种情形,千万别慌,患者无论在什么地方(不管是浴室、卧房或客厅),千万不可搬动他。因为,如果移动,
会加速微血管的破裂。所以要先原地把患者扶起坐稳以防止再摔倒,这时才开始(放血)。
家中如有专为注射用的针,当然最好。如果没有,就拿缝衣用的钢针,就在患者的十个手指头尖儿(没有固定穴道,大约距离手指甲一分之处)刺上去,要刺出血来,(万一血不出来,可用手挤)等十个手指头都流出血来,(每指一滴)大约几分钟之后,患者就会自然清醒。
如果嘴也歪了,就拉他的耳朵,把耳朵拉红,在两耳的耳垂儿的部位,各刺两针,也各流两滴血,几分钟以后,嘴就恢复原状了。 等患者一切恢复正常感觉,没有异状时再送医,就一定可以转危为安,否则,若是急着抬上救护车送医,经一路的颠跛震动恐怕还没到医院,他脑部微血管,差不多已经都破裂了。这样,就可能导致患者一病不起,所以脑中风,在死因排行榜上高居第二位,其最幸运者,也仅能保住老命,而落得终身残废。这是一个多么可怕的病症。

【#新疆发现两恐龙新属新种#:中国丝路巨龙与新疆哈密巨龙】8月12日,《自然》旗下期刊《科学报告》在线发表中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员汪筱林领导的中国和巴西合作团队的研究论文https://t.cn/A6IIz3J2,报道了新疆早白垩世哈密翼龙动物群中恐龙化石的最新研究成果。

“新研究的的3件恐龙化石中保存较好的两件分别被命名为中国丝路巨龙与新疆哈密巨龙,这是新疆下白垩统地层中首次报道的蜥脚类多孔椎龙类恐龙,也是哈密翼龙动物群恐龙化石的首次报道。”第一作者和通讯作者之一汪筱林告诉《中国科学报》。

图1:中国丝路巨龙(左)与新疆哈密巨龙(右)及哈密翼龙动物群生态复原图。(创作/赵闯,科学指导/汪筱林)
图2:中国丝路巨龙(红色)与新疆哈密巨龙(黄色)骨骼保存示意图。(Maurilio Oliveira绘)

中国丝路巨龙和新疆哈密巨龙的研究增加了哈密翼龙动物群的多样性,同时也增加了我国早白垩世蜥脚类恐龙的多样性。两种多孔椎类恐龙的出现,为这一恐龙类群的演化提供了新的信息,进一步证明了亚洲早白垩世多孔椎龙恐龙的广泛多样性。

△ 蜥脚类恐龙中的超大个子家族

这次报道的3件恐龙化石都属于蜥脚类的多孔椎龙类,化石均不完整,分别保存了一段关联的颈椎、一段关联的尾椎和一段荐椎,另外还有一枚与尾椎保存在一起的兽脚类恐龙的牙齿。依据颈椎特征建立了盘足龙类一新属种:中国丝路巨龙;依据尾椎特征建立了巨龙类一新属种:新疆哈密巨龙。

此次研究的多孔椎龙类恐龙是哈密翼龙动物群中首次发现的非翼龙类脊椎动物,均产自于哈密翼龙化石的相当层位,3件标本的产出地点相距约2-5km。

多孔椎龙类是蜥脚类恐龙巨龙形类中的一支,生存于侏罗纪晚期至白垩纪晚期,多样性比较丰富,其化石在全球各大陆都有发现。

多孔椎龙类大多体型庞大,如阿根廷龙体长超过30米。多孔椎龙类主要特征包括颈部和前肢较长,至少具有15节颈椎,不同于尾巴极长、前肢较短的梁龙类;牙齿呈棒状,不像腕龙类那样具有勺状的牙齿。

多孔椎龙类恐龙各物种之间系统发育关系尚存在争议,一些研究者认为多孔椎龙类由巨龙类和包括盘足龙类在内的若干基干物种组成;另一些研究者则认为多孔椎龙类仅由巨龙类和若干基干物种组成,盘足龙类不属于多孔椎龙类。

近年来,多孔椎龙类的化石在我国一些地方的白垩系地层中陆续被发现和研究报道,其主要分布在甘肃、河南、山东、辽宁、广西等地区,其中上世纪20年代盘足龙最早发现于山东蒙阴。

之前,在新疆白垩系地层中还没有发现过多孔椎龙类化石,唯一的蜥脚类恐龙是在准噶尔盆地下白垩统吐谷鲁群发现的似亚洲龙,由于标本破碎,其分类位置和命名有效性尚存在争议。

新研究的恐龙化石由哈密科考队发现于吐哈盆地下白垩统吐谷鲁群胜金口组中,与哈密翼龙化石共生保存。由于化石长期暴露于极干旱强风沙的戈壁地区,在地表风化破碎严重,科考队分别于2008年、2013和2016年进行了抢救性采集。

自2006年以来,中科院古脊椎所哈密科考队连续十多年在哈密戈壁进行科考工作,在翼龙研究上取得了若干令人瞩目的成果。

△ 丝路巨龙和哈密巨龙体长约20米左右

研究者发现,与中国丝路巨龙保存在一起的还有一残破的哈密翼龙下颌,说明这些大型的巨龙类恐龙与哈密翼龙共同生活在白垩纪的天空和陆地。保守估计中国丝路巨龙的体长超过20米,而新疆哈密巨龙的体长约为17米。

由于化石暴露地表风化极其严重,三件标本仅残留了部分表面破碎的椎体,抢救性采集后,科考队技术人员对尚埋藏在岩石中没有暴露地表的另一侧进行了科学修理。

修理后显示,三件标本分别为6节关联的颈椎及颈肋、7节关联的尾椎和一段破碎的荐椎,其中前两件标本分别命名了中国丝路巨龙和新疆哈密巨龙。

中国丝路巨龙保存了6节关联在一起的较完整的颈椎,分别为第10-15节,单个颈椎的长度在455-540 mm之间,6节颈椎的长度约3米,保守估计中国丝路巨龙的体长超过20米。

详细的形态学观察发现,中国丝路巨龙颈椎存在一厚的上突-前关节突隔板和呈下垂状的颈肋,与其它保存颈椎的盘足龙类相比,其颈椎的上突-前关节突隔板的方向、前关节突-横突隔板的方向、颈椎椎体侧凹的发育程度等特征与其它已知的物种存在明显的差别。

新疆哈密巨龙保存了7节关联在一起的尾椎,分别为第4-10节,中间5节较完整,单个尾椎长度从210-320 mm不等,是蒙古发现的晚白垩世后凹尾龙(体长约12米)对应尾椎平均长度的约1.5倍,保守估计新疆哈密巨龙的体长约为17米。

其鉴定特征包括尾椎神经嵴和神经弓的高度总和大于椎体高度,最前部尾椎的椎弓矢状扩展,后关节突隔板与神经棘横突隔板窝深,最前部尾椎的横突指向上方,尾椎序列的横突从指向上方到指向下方转变突然,没有过渡等。

新疆哈密巨龙是亚洲发现的为数不多的巨龙类的蜥脚类恐龙之一,它展示了蜥脚类不寻常的组合特征。

研究者详细比较了哈密巨龙和其它巨龙类的形态特征,发现新疆哈密巨龙的尾椎椎体长度、前凹形的尾椎椎体、尾椎椎体侧面接近腹部具有的隆嵴、横突的形状和方向等特征与东亚已知的其它巨龙类有着明显的差别。与新疆哈密巨龙共同保存的还有一枚兽脚类恐龙牙齿,这也是哈密翼龙动物群中首次报道的兽脚类恐龙化石。

由于在新疆哈密巨龙的骨骼上未发现兽脚类恐龙的牙印,不能确定是否存在兽脚类恐龙进食巨龙类尸体的现象。蜥脚类都是四足行走食植性的,这些大型食植恐龙和食肉兽脚类恐龙的发现和研究,大大增加了哈密翼龙动物群物种和生态多样性。

△ 系统发育分析基本确认两类新恐龙的分类位置

由于多孔椎龙类恐龙的物种数量比较多,前人的系统发育研究对不同的演化支各有侧重。

研究者选取2019年最新的两个系统发育矩阵对哈密新发现的多孔椎龙类的系统发育位置进行了分析,其中Filippi等侧重于包含多孔椎龙类在内整个巨龙形类的系统演化关系,共含有83个物种和405个特征;Mannion等则侧重于多孔椎龙类的系统演化,共含有120个物种和548个特征。

由于新标本中荐椎化石比较破碎,可用于鉴定的特征较少,仅能确认其属于多孔椎龙类,所以在系统发育中基本没有考虑。

为了确定颈椎和尾椎是否属于同一类型,将颈椎和尾椎的特征作为一个整体放入两个矩阵中进行分析,这个组合类型与盘足龙属(Euhelopus)构成姐妹群,但支持这一姐妹群的特征仅为颈椎的特征,同时却使得严格合意树比原来的结果增加了很多未解决的多分支结构。

再将颈椎和尾椎的特征分开,作为两个类型进行分析,以颈椎为代表的中国丝路巨龙在两个矩阵的分析中都和盘足龙属构成姐妹群,且有多个特征支持,代表与盘足龙有着密切的亲缘关系,所以中国丝路巨龙属于盘足龙类。

而以尾椎为代表的新疆哈密巨龙在两个矩阵的分析中都位于巨龙类中,但是新疆哈密巨龙的加入使得整个巨龙类增加了未解决的多分支结构,同时其本身的系统位置在两个矩阵的分析中也不相同,所以其更进一步的系统位置还不能确认。https://t.cn/A6IIz3JA


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