Duan Baoyan (), * 4. März 1955 im damaligen Kreis Ji (冀县, heute ein Stadtbezirk von Hengshui), Provinz Hebei, ist ein chinesischer Mechatronik-Ingenieur. Er war 2002–2012 Rektor der Universität für Elektrotechnik und Elektronik Xi’an und ist seit 2014 als Leiter der nach ihm benannten Akademikerwerkstatt am Qian-Xuesen-Labor für Weltraumtechnologie die treibende Kraft hinter dem chinesischen Projekt zum Bau eines orbitalen Sonnenkraftwerks.
Jugend und Studium Duan Baoyan wurde am 4. März 1955 im Kreis Ji, dem heutigen Jizhou, in der Provinz Hebei geboren. Nach dem Gymnasium – die Abiturprüfungen waren 1966, zu Beginn der Kulturrevolution, abgeschafft worden – ging er 1973 zunächst im Rahmen der 1950 ins Leben gerufenen Landarbeit-Bewegung (上山下乡运动 bzw. „Hinauf auf die Berge und hinunter aufs Land“) als Jugendlicher mit Schulbildung (知识青年) auf die Dörfer, half bei der Instandhaltung von Bewässerungskanälen und beim Anbau von Getreide. Ab 1975 arbeitete als Physiklehrer mit Nebenfach Sport am Gymnasium der Volkskommune Beizhanghuai (北漳淮公社) in seinem Heimatkreis, eine von der Kommune selbst betriebene Einrichtung. Nach einem Jahr stieg er dort zum stellvertretenden Schulleiter auf.
Als am 11. Dezember 1977 in der 20 km entfernten Kreisstadt nach elfjähriger Unterbrechung wieder Abiturprüfungen stattfanden, fuhr Duan Baoyan mit dem Fahrrad hin, nahm teil und bestand die Prüfung problemlos. Zu Beginn des Sommersemesters im März 1978 schrieb er sich an der damaligen Akademie für Nachrichtentechnik Nordwestchinas in Xi’an an der Fakultät für Mechatronik (电子机械系) ein und studierte dort Konstruktion und Bau von Funkeinrichtungen (无线电设备结构设计与工艺). Nach dem Vordiplom im Dezember 1981 spezialisierte er sich ab Januar 1982 auf Mechatronik und schloss sein Studium im Juli 1984 als Diplomingenieur ab. Duan Baoyan blieb als Assistent an der Akademie für Nachrichtentechnik. Ab Februar 1987 studierte er als Doktorand bei dem berühmten Antennenspezialisten Ye Shanghui (叶尚辉, 1927–2018), der schon seine Diplomarbeit betreut hatte, Maschinenbau mit Schwerpunkt Elektronik und promovierte im November 1989. Nach der Promotion war Duan Baoyan zunächst als außerordentlicher Professor (副教授) an der Fakultät für Mechatronik tätig; die Akademie für Nachrichtentechnik Nordwestchinas war im Januar 1988 in „Universität für Elektrotechnik und Elektronik Xi’an“ umbenannt worden.
1991 erhielt er vom British Council ein Stipendium und begab sich im Oktober jenes Jahres an die University of Liverpool, um dort am Institut für Bauingenieurwesen und Produktdesign (Department of Civil Engineering and Industrial Design) der Fakultät für Ingenieurwissenschaften bei Andrew Templeman eine Stelle als Postdoktorand anzutreten. Seinerzeit war es noch nötig, dass ein Angestellter im öffentlichen Dienst für die Rückkehr eines Auslandsstudenten bürgte, was Ye Shanghui für ihn erledigte. In Liverpool wählte er aus drei Forschungsrichtungen, die ihm Templeman vorgeschlagen hatte, die Topologieoptimierung von Fachwerk-Strukturen mit einer auf Entropie basierenden Methode.
Während dieser Jahre verbrachte Duan Baoyan auch einige Zeit als Gastwissenschaftler an der Universität Hokkaidō in Japan. Bereits 1993, er war noch im Ausland, wurde Duan Baoyan von der Universität für Elektrotechnik und Elektronik Xi’an als Professor für Mechatronik berufen. Im November 1994 kehrte er endgültig nach China zurück und nahm seine Lehrtätigkeit sowie die Betreuung von Doktoranden auf.
FAST Die Geschichte des südwestchinesischen Radioteleskops FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope) geht zurück auf die 24. Generalversammlung der International Union of Radio Science im Sommer 1993 in Kyōto, als Radioastronomen aus 10 Ländern, einschließlich China, in einer gemeinsamen Initiative den Plan zum Bau eines großen Radioteleskops der neuen Generation mit einer Apertur von 1 km² einbrachten. Daraufhin wurde die multinationale „Arbeitsgruppe Großteleskop“ eingerichtet. Über die konkrete Form des Teleskops gab es unterschiedliche Ansichten. Während zum Beispiel Australien und die Niederlande ein Array aus zahlreichen kleinen Antennen favorisierten, das spätere „Square Kilometre Array“, neigten China und Kanada angesichts der damals zur Verfügung stehenden Rechenleistung der Computer zu einer Lösung mit einem einzelnen Teleskop großer Apertur. Hierbei gab es wiederum die Möglichkeit eines voll beweglichen Radioteleskops wie am amerikanischen Green-Bank-Observatorium, wo das Hauptinstrument 100 × 110 m Durchmesser hat, aber auch 7700 t wiegt. Eine signifikante Vergrößerung dieser Bauart war aus Gewichtsgründen nicht möglich. Die zweite Alternative war eine fest montierte Reflektorschale mit einer darüber hin und her bewegten Instrumentenplattform wie beim mittlerweile zerstörten Arecibo-Observatorium mit seiner Apertur von 305 m. Aber auch dort betrug das Gewicht der Tragseilkonstruktion für die Instrumentenplattform bereits 1000 t, was eine weitere Vergrößerung schwierig machte. Nichtsdestotrotz begannen die chinesischen Astronomen in den südwestlichen Karstlandschaften mit der Suche nach einem Standort für ein Arecibo-ähnliches Radioteleskop mit 500 m Durchmesser. 1995 hatten sich zwei Talmulden in der Provinz Guizhou als aussichtsreich herauskristallisiert, und im Oktober jenes Jahres wurde dort die dritte Sitzung der Arbeitsgruppe Großteleskop abgehalten.
An der Universität für Elektrotechnik und Elektronik verfügte man über jahrzehntelange Erfahrung im Antennenbau. Bei der Konferenz in Guizhou referierten drei ihrer Professoren über verschiedene Aspekte von Großantennen, einer davon Duan Baoyan, der im Februar 1995 zum Prodekan der Fakultät für Mechatronik ernannt worden war. Duan Baoyan schlug vor, eine sehr kleine Fokuskabine mit einer im Inneren befindlichen Instrumentenplattform an sechs durchhängenden Seilen aufzuhängen, die an rund um die Teleskopschüssel angeordneten Pylonen befestigt sein sollten, und sie nur durch Zug an den Befestigungsseilen zu bewegen. Dadurch konnte er das Gewicht der Konstruktion von 1000 t bei Arecibo auf 20 t senken. Die Fokuskabine war in drei Dimensionen beweglich, ihre Position wurde durch drei Laserentfernungsmesser ständig überwacht und gegebenenfalls nachjustiert. Hierbei handelte es sich zunächst nur um ein theoretisches Konzept. Mit finanzieller Unterstützung der Nationalen Stiftung für Naturwissenschaften, der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und des Astronomischen Observatoriums Peking (ab 2001 der Nationalen Astronomischen Observatorien) bauten Duan Baoyan und seine Mitarbeiter im Jahr 2000 zunächst auf dem Universitätsgelände ein 5 m großes Modell des geplanten 500-m-Teleskops, dann 2004 auf dem Gelände des Observatoriums Miyun bei Peking ein 50 m großes Modell, und 2008 noch einmal ein verfeinertes 50-m-Modell auf dem Südcampus der Universität am Stadtrand von Xi’an.
Die exakte Modellierung und Simulation der Kräfte in der ständig ihre Form ändernden Kabinen-Seil-Struktur, die Kontrolle und Steuerung jener Struktur, die mechanische Kopplung zwischen den Systemen für die Grobsteuerung der Kabine und die Feinregulierung der Instrumentenplattform sowie ihre gleichzeitige Aktivierung stellten beträchtliche Herausforderungen dar. Bei dem ab 2011 tatsächlich gebauten und am 11. Januar 2020 offiziell in Betrieb genommenen Teleskop konnte jedoch eine Positionierung der Instrumentenplattform mit einer Genauigkeit im Millimeterbereich realisiert werden.
Hochschulverwaltung und interdisziplinäre Forschung mini|hochkant|Die 40-m-Parabolantenne auf dem Phönixberg Während der Arbeit an dem Radioteleskop stieg Duan Baoyan an der Universität immer weiter auf. Im Juni 1996 wurde er zum Dekan der Fakultät für Mechatronik ernannt, im März 1998 zum stellvertretenden Rektor, und im April 2002 zum Rektor der Universität für Elektrotechnik und Elektronik Xi’an.
Duan Baoyan und seine Forschungsgruppe erledigten auch eine Reihe von Aufträgen für das Hauptzeugamt der Volksbefreiungsarmee, sowohl bei der Entwicklung von Radargeräten für die Zerstörer der chinesischen Marine als auch für die Raumfahrt der Volksrepublik China, wobei man eng mit der China Electronics Technology Group Corporation zusammenarbeitete. Unter Nutzung einer zusammen mit dem auf Radaranlagen spezialisierten 14. Forschungsinstitut jener Firma in Nanjing entwickelten CAD-Software baute man 2005/2006 zusammen mit dem 39. Forschungsinstitut der CETC für die Chinesische Akademie der Wissenschaften die 40-m-Parabolantenne auf dem Phönixberg bei Kunming, die ab 2007 zum Empfang der Nutzlastdaten der chinesischen Mondsonden diente, danach die 2013 in Betrieb genommene 66-m-Antenne der Tiefraumstation der Volksbefreiungsarmee im mandschurischen Giyamusi für die Landungsphase des Mondprogramms.
Bei der Optimierung der Reflektorflächen jener Antennen stieß Duan Baoyan auf das Problem, dass mechanische und elektrische Eigenschaften der Konstruktion in einem Widerspruch zueinander standen. Eine präzise gearbeitete, ihre Form behaltende Reflektoroberfläche bedeutete nicht zwangsläufig einen hohen Antennengewinn und eine gute Nebenkeulenunterdrückung. Um diesen Widerspruch aufzulösen, entwickelten Duan Baoyan und seine Gruppe ein theoretisches Modell für die Kopplung zwischen elektromagnetischem Feld und mechanischem Verschiebungsfeld einer Struktur, das später bei der Konstruktion von Radaranlagen breite Anwendung fand. Im Jahr 2011 veröffentlichte Duan Baoyan hierzu das grundlegende Werk „Theorie und Praxis der elektromechanischen Kopplung bei elektronischen Geräten“.
Im Rahmen der Arbeit an Geräten für Flugzeuge und Raumflugkörper tauchte ein weiteres Problem auf: durch den begrenzten Raum, der bei diesen Anwendungsgebieten zur Verfügung stand, mussten die einzelnen Komponenten dicht gepackt werden, nicht nur über eine Fläche verteilt, sondern auch dreidimensional übereinandergestapelt. Daher mussten hier bei der Konstruktion nicht nur das elektromagnetische Feld und das mechanische Verschiebungsfeld berücksichtigt werden, sondern auch das Temperaturfeld. Duan Baoyan schlug vor, im Rahmen des Nationalen Schwerpunktprogramms zur Förderung von Grundlagenforschung (国家重点基础研究发展计划, auch bekannt als 973计划 bzw. „Programm 973“) ein diesbezügliches Forschungsprojekt durchzuführen. Das Projekt wurde genehmigt, er wurde zum Chefwissenschaftler ernannt. Daraufhin gründete er eine interdisziplinäre Arbeitsgruppe aus Wissenschaftlern mehrerer Universitäten und Ingenieuren verschiedener Forschungsinstitute, die sich mit dem Problem befasste. Auch hier gelang es, ein theoretisches Modell für die Koppelung der Felder bei typischen elektronischen Geräten zu erarbeiten. Außerdem erlangte man im Rahmen dieses Forschungsprojekts tiefere Einblicke in die Mechanismen, wie der mechanische Aufbau von Geräten die elektrische Leistungsfähigkeit beeinflusste. Nach dem Abschluss des Projekts erhielt die Forschergruppe hierfür eine Belobigung des Hauptzeugamts.
Nach zwei Amtszeiten gab Duan Baoyan, der 2015 das gesetzliche Rentenalter erreichte, im Juni 2012 das Amt des Hochschulrektors an die Physikerin Zheng Xiaojing ab und war nur noch als einfacher Professor am Schwerpunktlabor des Bildungsministeriums für den Aufbau von elektronischen Geräten tätig.
OMEGA In den USA befasste man sich seit den 1970er Jahren, damals vor allem unter dem Eindruck der ersten Ölpreiskrise, mit Konzepten für weltraumgestützte Solarenergie. 1996 wurde dies erstmals auch von chinesischen Wissenschaftlern vorgeschlagen, 1998 veröffentlichten Li Guoxin (李国欣) und Xu Chuanji (徐传继) vom Forschungsinstitut 811 der Shanghaier Akademie für Raumfahrttechnologie, auch bekannt als „Shanghaier Institut für Stromversorgung im Weltall“, erstmals eine detaillierte Machbarkeitsstudie.