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直接向太陽(yáng)“拿取”能源將發(fā)電站搬進(jìn)太空！

2022-03-29 13:14:27來(lái)源：儀器網(wǎng)關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能閱讀量：1932

導(dǎo)讀：自二十世紀(jì)六十年代以來(lái)，人們就從科學(xué)的角度論證了太空太陽(yáng)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(shí)是可行的。

　　【儀器網(wǎng) 時(shí)事聚焦】在太空中建設(shè)太陽(yáng)能電站？聽(tīng)上去似乎是一種無(wú)稽之談，但事實(shí)上，自二十世紀(jì)六十年代以來(lái)，人們就從科學(xué)的角度論證了太空太陽(yáng)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(shí)是可行的。許多國(guó)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(guó)政府正考慮投資160億英鎊，建設(shè)空間太陽(yáng)能電站。

　　到2050年，全球能源需求預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)近50%，但在新型清潔能源中，核能因其具有高風(fēng)險(xiǎn)性從而爭(zhēng)議不斷，風(fēng)能、水能的穩(wěn)定性又會(huì)受到季節(jié)和地理位置的影響，而太陽(yáng)能由于具有總量巨大，且具有取之不盡的優(yōu)勢(shì)，空間太陽(yáng)能可能是幫助滿(mǎn)足世界能源部門(mén)不斷增長(zhǎng)的需求和應(yīng)對(duì)全球氣溫上升的關(guān)鍵。

　　太空太陽(yáng)能電站是基于太空太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)發(fā)展起來(lái)的。利用衛(wèi)星在太空中把太陽(yáng)能聚集起來(lái)，然后把能量集中射向地面，再轉(zhuǎn)變成電能供人類(lèi)使用。為此，有必要將配備太陽(yáng)能電池板的巨大航天器送入軌道。這些面板通過(guò)發(fā)電并使用高頻無(wú)線電波將其發(fā)送到位于地球上的特殊接收器，在此過(guò)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(guó)空間技術(shù)研究院舉辦的空間太陽(yáng)能電站技術(shù)研討會(huì)上，12位院士和百余位相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜姨岢隽宋覈?guó)空間太陽(yáng)能電站發(fā)展路線圖。根據(jù)路線圖，2030年開(kāi)始我國(guó)將建設(shè)兆瓦級(jí)小型空間太陽(yáng)能試驗(yàn)電站，到2050年具備建設(shè)吉瓦級(jí)商業(yè)空間太陽(yáng)能電站的能力。其中第一階段又具體分三步，首先開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)的地面及浮空器試驗(yàn)驗(yàn)證，其次開(kāi)展高空超高壓發(fā)電輸電驗(yàn)證，最終開(kāi)展空間無(wú)線傳能試驗(yàn)。

　　空間太陽(yáng)能電站是一個(gè)非常龐大的系統(tǒng)工程，其重量、尺度方面遠(yuǎn)超現(xiàn)有航天設(shè)施，因此人們將其稱(chēng)為航天和能源領(lǐng)域的“曼哈頓工程”。例如，即使一個(gè)小型的兆瓦級(jí)空間太陽(yáng)能電站的重量，就比現(xiàn)在的國(guó)際空間站要大，再考慮到發(fā)射所需要的大型運(yùn)輸火箭、在軌組裝難度等。

　　而目前，建造空間太陽(yáng)能發(fā)電站需要解決的問(wèn)題，太陽(yáng)能電池板的重量就是其一，不過(guò)這一問(wèn)題已經(jīng)通過(guò)開(kāi)發(fā)超輕太陽(yáng)能電池得到了解決，這種超輕太陽(yáng)能電池是美國(guó)加州理工學(xué)院的研究人員提出的一個(gè)模塊化發(fā)電站的設(shè)計(jì)，該發(fā)電站由數(shù)千塊超輕型太陽(yáng)能電池瓦組成，是迄今為止最輕的集成多功能原型機(jī)，能夠收集陽(yáng)光，將其轉(zhuǎn)換成射頻電能，然后以受控光束無(wú)線傳輸這種能量。如何把所有的組件運(yùn)送到太空，也同樣是個(gè)巨大的難題。目前美國(guó)太空探索技術(shù)公司一類(lèi)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(qiáng)大的“星艦”火箭也即將進(jìn)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(gè)太陽(yáng)能發(fā)電站就需要多次發(fā)射航天飛機(jī)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，太空太陽(yáng)能發(fā)電的目的是減少碳排放，但太空發(fā)射也會(huì)產(chǎn)生大量的碳排放和成本。并且即便成功建造了一個(gè)空間太陽(yáng)能電站，其運(yùn)行也面臨若干實(shí)際挑戰(zhàn)，例如太空碎片可能會(huì)破壞太陽(yáng)能電池板。同樣，從太陽(yáng)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(wú)線能量傳輸?shù)男?，按照現(xiàn)有技術(shù)，收集到的太陽(yáng)能只有一小部分可到達(dá)地球。

　　盡管空間太陽(yáng)能電站還存在著上述問(wèn)題，其實(shí)現(xiàn)可能性也有待觀察，但研究建設(shè)空間太陽(yáng)能電站更重要的意義是可帶動(dòng)整個(gè)航天領(lǐng)域空間技術(shù)的全面進(jìn)步，如在軌大型結(jié)構(gòu)制造能力、人類(lèi)利用空間能力以及具有非常多應(yīng)用場(chǎng)景的微波/激光傳輸能力。所以我們有理由相信，隨著各國(guó)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(lèi)社會(huì)。

(資料來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)、科幻網(wǎng))

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