【儀表網(wǎng) 儀表下游】在太空中建設(shè)太陽能電站？聽上去似乎是一種無稽之談，但事實上，自二十世紀(jì)六十年代以來，人們就從科學(xué)的角度論證了太空太陽能發(fā)電技術(shù)的可行性，并且從太空軌道往地面發(fā)射微波的概念也證實是可行的。許多國家都在為減少碳足跡而努力，并逐漸轉(zhuǎn)向可再生資源。人們想要獲得文明的發(fā)展和持久的綠色能源，就不得不將手伸向太空了。近日，英國政府正考慮投資160億英鎊，建設(shè)空間太陽能電站。
到2050年，全球能源需求預(yù)計將增長近50%，但在新型清潔能源中，核能因其具有高風(fēng)險性從而爭議不斷，風(fēng)能、水能的穩(wěn)定性又會受到季節(jié)和地理位置的影響，而太陽能由于具有總量巨大，且具有取之不盡的優(yōu)勢，空間太陽能可能是幫助滿足世界能源部門不斷增長的需求和應(yīng)對全球氣溫上升的關(guān)鍵。
太空太陽能電站是基于太空太陽能發(fā)電技術(shù)發(fā)展起來的。利用衛(wèi)星在太空中把太陽能聚集起來，然后把能量集中射向地面，再轉(zhuǎn)變成電能供人類使用。為此，有必要將配備太陽能電池板的巨大航天器送入軌道。這些面板通過發(fā)電并使用高頻無線電波將其發(fā)送到位于地球上的特殊接收器，在此過程中它們就已經(jīng)將波轉(zhuǎn)換為電能。
早在2010年8月，在中國空間技術(shù)研究院舉辦的空間太陽能電站技術(shù)研討會上，12位院士和百余位相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜姨岢隽宋覈臻g太陽能電站發(fā)展路線圖。根據(jù)路線圖，2030年開始我國將建設(shè)兆瓦級小型空間太陽能試驗電站，到2050年具備建設(shè)吉瓦級商業(yè)空間太陽能電站的能力。其中第一階段又具體分三步，首先開展關(guān)鍵技術(shù)的地面及浮空器試驗驗證，其次開展高空超高壓發(fā)電輸電驗證，最終開展空間無線傳能試驗。
空間太陽能電站是一個非常龐大的系統(tǒng)工程，其重量、尺度方面遠超現(xiàn)有航天設(shè)施，因此人們將其稱為航天和能源領(lǐng)域的“曼哈頓工程”。例如，即使一個小型的兆瓦級空間太陽能電站的重量，就比現(xiàn)在的國際空間站要大，再考慮到發(fā)射所需要的大型運輸火箭、在軌組裝難度等。
而目前，建造空間太陽能發(fā)電站需要解決的問題，太陽能電池板的重量就是其一，不過這一問題已經(jīng)通過開發(fā)超輕太陽能電池得到了解決，這種超輕太陽能電池是美國加州理工學(xué)院的研究人員提出的一個模塊化發(fā)電站的設(shè)計，該發(fā)電站由數(shù)千塊超輕型太陽能電池瓦組成，是迄今為止最輕的集成多功能原型機，能夠收集陽光，將其轉(zhuǎn)換成射頻電能，然后以受控光束無線傳輸這種能量。如何把所有的組件運送到太空，也同樣是個巨大的難題。目前美國太空探索技術(shù)公司一類的公司正在努力改變這種狀況，其研制出的火箭可重復(fù)使用，功能更強大的“星艦”火箭也即將進入關(guān)鍵的試飛階段，有望大大降低空間發(fā)電成本。
然而，僅僅組裝一個太陽能發(fā)電站就需要多次發(fā)射航天飛機。從長遠來看，太空太陽能發(fā)電的目的是減少碳排放，但太空發(fā)射也會產(chǎn)生大量的碳排放和成本。并且即便成功建造了一個空間太陽能電站，其運行也面臨若干實際挑戰(zhàn)，例如太空碎片可能會破壞太陽能電池板。同樣，從太陽能衛(wèi)星向地面?zhèn)鬏斈芰侩y度很大，科學(xué)家們需要提高無線能量傳輸?shù)男?，按照現(xiàn)有技術(shù)，收集到的太陽能只有一小部分可到達地球。
盡管空間太陽能電站還存在著上述問題，其實現(xiàn)可能性也有待觀察，但研究建設(shè)空間太陽能電站更重要的意義是可帶動整個航天領(lǐng)域空間技術(shù)的全面進步，如在軌大型結(jié)構(gòu)制造能力、人類利用空間能力以及具有非常多應(yīng)用場景的微波/激光傳輸能力。所以我們有理由相信，隨著各國空間技術(shù)的發(fā)展，總有一天，我們將能夠從太空獲得能源資源，造福社會。
(資料來源：科技日報、科幻網(wǎng))
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