直接向太陽“拿取”能源將發(fā)電站搬進太空！

2022-03-30 09:46:15來源：化工儀器網(wǎng) 閱讀量：153 評論

導讀：自二十世紀六十年代以來，人們就從科學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。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。

　　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，自二十世紀六十年代以來，人們就從科學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，全球能源需求預計將增長近50%，但在新型清潔能源中，核能因其具有高風險性從而爭議不斷，風能、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，造福全人類社會。

　　(資料來源：科技日報、科幻網(wǎng))

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