太空太陽(yáng)能電力：未來(lái)的能源來(lái)源？

太空太陽(yáng)能似乎近在眼前，又似乎遙不可及。但這一想法激勵(lì)了許多技術(shù)人員大膽思考。

外太空總是陽(yáng)光明媚。那會(huì)成為地球上的能量來(lái)源嗎？

雖然太空太陽(yáng)能陣列在科幻中是一個(gè)理念，但它同時(shí)也是一個(gè)長(zhǎng)期以來(lái)一直激發(fā)科技專家憧憬的科幻理念。這涉及到大規(guī)模的軌道太陽(yáng)能電池板陣列，可以收集能源并通過(guò)無(wú)線電波傳輸?shù)叫枰牡胤健?/p>

各國(guó)科學(xué)家正在致力于將太空太陽(yáng)能（SBSP，space-based solar power）成為現(xiàn)實(shí)。IEEE終身高級(jí)會(huì)員Raul Colcher表示：“美國(guó)、中國(guó)、日本、俄羅斯、韓國(guó)和印度等多個(gè)國(guó)家都在進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的積極研究?！?/p>

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光明的未來(lái)？

加州理工學(xué)院太空太陽(yáng)能發(fā)電項(xiàng)目（SSPP，CalTech Space Solar Power Project）于2023年初啟動(dòng)，其中包括一套可用于軌道太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)的原型組件。中國(guó)計(jì)劃最早在2030年代建成一座具有商業(yè)發(fā)電能力的電站。

在能源價(jià)格高企的70年代，美國(guó)一直在對(duì)軌道太陽(yáng)能進(jìn)行研究，但在21世紀(jì)初，由于資金和技術(shù)方面的挑戰(zhàn)，美國(guó)基本上放棄了這方面的工作。兩種趨勢(shì)重新引起了人們的興趣。首先是推動(dòng)到2050年實(shí)現(xiàn)凈零碳排放。第二個(gè)是月球基地的遙遠(yuǎn)可能性。SBSP可以為月球基地的車輛和結(jié)構(gòu)提供動(dòng)力源，尤其是在關(guān)鍵的早期。

雖然實(shí)施可能還需要幾十年，但如果成功，太空太陽(yáng)能電力有望在夜晚或多云天氣時(shí)提供太陽(yáng)能電力，從而彌補(bǔ)地面太陽(yáng)能的不足。一些支持者認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)有一些優(yōu)勢(shì)，包括始終有太陽(yáng)光照、地球傾斜不影響能源收集、沒有大氣層減弱陽(yáng)光強(qiáng)度等。

IEEE高級(jí)會(huì)員Inderpreet Kaur說(shuō)：“在太空中，太陽(yáng)總是閃閃發(fā)光，地球的傾斜不會(huì)阻止能量的收集，也沒有大氣層可以降低太陽(yáng)光線的強(qiáng)度。這使得將太陽(yáng)能電池板送入太空提供了一種誘人的可能性?！?/p>

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他們能夠順利起步嗎？

然而，反對(duì)者指出，在這樣一個(gè)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)可行性之前，必須克服大量技術(shù)難題，比如如何在太空中組裝太陽(yáng)能陣列、如何將能源傳輸回地球以及如何以具有成本效益和節(jié)能的方式將材料送入軌道。

IEEE會(huì)士Panagiotis Tsiotras表示：“天基太陽(yáng)能電池陣列的想法已經(jīng)存在多年，但技術(shù)挑戰(zhàn)仍然存在。我認(rèn)為，目前在電力效率或如此大的太陽(yáng)能電池陣列的制造和組裝方面，經(jīng)濟(jì)學(xué)并不奏效。要實(shí)現(xiàn)進(jìn)步，需要在這些領(lǐng)域以及材料方面取得進(jìn)展?！?/p>

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激發(fā)想象力

盡管如此，太空太陽(yáng)能陣列的原型仍在路上，并吸引了大量關(guān)注。加州理工學(xué)院的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，稱為可部署在軌超輕復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)（DOLCE，Deployable on-Orbit ultraLight Composite Experiment），研究了自組裝太陽(yáng)能電池陣列的模塊化組件。

為了將能量傳回地球，研究人員專注于將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為另外兩種形式之一：激光或微波。大多數(shù)微波設(shè)計(jì)都設(shè)想傳輸大量功率，需要在地面上安裝幾公里長(zhǎng)的接收器。激光技術(shù)允許1到10兆瓦量級(jí)的更小、更集中的應(yīng)用。但這將需要比基于微波的系統(tǒng)多得多的衛(wèi)星?；诩す獾南到y(tǒng)可能適用于地球上功率需求高的偏遠(yuǎn)地區(qū)，例如采礦作業(yè)。

天基太陽(yáng)能的想法吸引了全球的技術(shù)專家。幾十年后，對(duì)這個(gè)項(xiàng)目的研究可能會(huì)產(chǎn)生意想不到的結(jié)果。

IEEE 2023當(dāng)選主席、IEEE終身會(huì)士Thomas Coughlin表示：“太空太陽(yáng)能是可能的。我相信太空太陽(yáng)能陣列將用于推動(dòng)外太空產(chǎn)業(yè)和資源開發(fā)，這將造福于地球上的人們。”