◎?qū)嵙?xí)記者 張佳欣

　　【科技創(chuàng)新世界潮】

　　歐洲航天局日前發(fā)布了一位藝術(shù)家關(guān)于“天基太陽(yáng)能”的概念圖。圖中，漂浮在太空中的巨型太陽(yáng)能發(fā)電站產(chǎn)生的能量發(fā)射向地球。這樣的場(chǎng)景讓人們想起1941年美國(guó)科幻小說(shuō)家艾薩克·阿西莫夫發(fā)表的短篇小說(shuō)《理性》，其中提到了一種通過(guò)微波光束從空間站傳輸太陽(yáng)能到附近行星的技術(shù)。

　　現(xiàn)在，科技的進(jìn)步，加之對(duì)綠色能源日益增長(zhǎng)的需求，正讓這樣的夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

　　今年稍早時(shí)間，在德國(guó)慕尼黑，空客公司在其X-Works創(chuàng)新工廠演示了使天基太陽(yáng)能成為現(xiàn)實(shí)所需的關(guān)鍵技術(shù)。科學(xué)家使用微波束，在代表“太空”和“地球”的兩點(diǎn)之間傳輸綠色能源超過(guò)36米。接收到的能量用以照亮一個(gè)模型城市，通過(guò)水的裂解成功產(chǎn)生了綠色氫氣。

　　綠色能源的“靈丹妙藥”？

　　據(jù)《科學(xué)美國(guó)人》文章，天基太陽(yáng)能被一些人視為是實(shí)現(xiàn)溫室氣體凈零排放，同時(shí)仍有穩(wěn)定、可持續(xù)和充足的電力供應(yīng)的“靈丹妙藥”。來(lái)自地面太陽(yáng)能和風(fēng)能的電力都更容易受到環(huán)境條件波動(dòng)的干擾，與之不同的是，天基太陽(yáng)能可以全天候運(yùn)行，提供所謂的基本負(fù)載電力，同時(shí)還允許在電網(wǎng)之間靈活、快速地調(diào)度電力。

　　英國(guó)空間能源倡議(SEI)聯(lián)合主席馬丁·索爾陶說(shuō)，天基太陽(yáng)能另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是不需要重新設(shè)計(jì)電網(wǎng)。地面整流天線將位于現(xiàn)有電網(wǎng)互聯(lián)附近，可能與現(xiàn)有的海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)毗鄰。

　　SEI正在進(jìn)行一個(gè)名為“仙后座”的項(xiàng)目，該項(xiàng)目計(jì)劃在高地球軌道上放置一個(gè)大型衛(wèi)星群。這些衛(wèi)星將由地球上的工廠生產(chǎn)的數(shù)十萬(wàn)個(gè)小型、相同的模塊組成，并由自主機(jī)器人在太空中進(jìn)行組裝，機(jī)器人還將進(jìn)行維修和維護(hù)。衛(wèi)星收集的太陽(yáng)能將被轉(zhuǎn)換為高頻無(wú)線電波，并被傳送到地球上的整流天線，將無(wú)線電波轉(zhuǎn)換為電能，每顆衛(wèi)星的電力輸出可與核電站相當(dāng)。

　　在地球上，陽(yáng)光被大氣層擴(kuò)散，但在太空中沒(méi)有干擾。因此，空間太陽(yáng)能電池板可以比地球上類似大小的電池板收集更多的能量。

　　全球競(jìng)相開展技術(shù)測(cè)試

　　SEI并不是唯一一家對(duì)天基太陽(yáng)能相關(guān)硬件進(jìn)行實(shí)際測(cè)試的公司。全球正在開展多個(gè)類似項(xiàng)目。

　　歐洲航天局的SOLARIS計(jì)劃旨在探索天基太陽(yáng)能的概念和關(guān)鍵技術(shù)。10月18日，歐空局舉行了“SOLARIS工業(yè)日”活動(dòng)，以加強(qiáng)天基太陽(yáng)能的研發(fā)任務(wù)，如果得到支持，這些任務(wù)將在2023—2025年期間完成。

　　日本自20世紀(jì)80年代以來(lái)一直在堅(jiān)持不懈地研究天基太陽(yáng)能。日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)的研究人員設(shè)計(jì)了一項(xiàng)計(jì)劃，以開發(fā)和測(cè)試控制功率束和在軌道上組裝大型結(jié)構(gòu)的新方法。理想情況下，天基太陽(yáng)能系統(tǒng)將在十年或二十年內(nèi)問(wèn)世。

　　美國(guó)國(guó)家航空航天局未來(lái)很可能需要在地球以外使用天基太陽(yáng)能，以支持其載人月球探測(cè)計(jì)劃“阿爾忒彌斯”。例如，圍繞月球的天基太陽(yáng)能建設(shè)可以幫助支持月球表面基地和其他探索活動(dòng)。更有潛力的是，天基太陽(yáng)能有朝一日也可用于星際飛行，而無(wú)需攜帶昂貴的推進(jìn)劑。

　　美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室的空間太陽(yáng)能增量演示和研究項(xiàng)目最近對(duì)名為“阿拉克妮”的飛行實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵硬件進(jìn)行了首次端到端測(cè)試。預(yù)計(jì)其將于2025年發(fā)射，任務(wù)之一是展示在低地球軌道上形成和聚焦射頻波束的能力。

　　中國(guó)空間技術(shù)研究院和西安電子科技大學(xué)建造了一座大型建筑，展示了聚光和無(wú)線電力傳輸?shù)男录夹g(shù)。該項(xiàng)目代號(hào)為“逐日工程”，利用了一座75米高的鋼塔。新設(shè)施的設(shè)計(jì)是為了測(cè)試和驗(yàn)證球形膜能量收集陣列技術(shù)，該陣列是在地球靜止軌道上收集太陽(yáng)能的集中器系統(tǒng)。

　　研究之路道阻且長(zhǎng)

　　并不是所有人都對(duì)天基太陽(yáng)能的前景持如此樂(lè)觀的看法。落基山研究所的聯(lián)合創(chuàng)始人、能源政策專家阿莫里·洛文斯表示，盡管將有效載荷送入近地軌道的每公斤成本下降了，但發(fā)射成本對(duì)天基太陽(yáng)能來(lái)說(shuō)仍然是一個(gè)巨大的障礙。

　　盡管天基太陽(yáng)能在概念上具有吸引力，但洛文斯表示，其他可再生能源的發(fā)展趨勢(shì)也構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)。陸基可再生能源，如風(fēng)能和太陽(yáng)能正迅速變得便宜，將這些“地面”能源整合到原有的電網(wǎng)中，可確保“穩(wěn)固”的電力輸送幾乎不會(huì)增加成本。

　　至于SEI計(jì)劃，索爾陶認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，首先需要進(jìn)行幾輪強(qiáng)有力的太空測(cè)試，還有許多其他重要的問(wèn)題需要解決，比如監(jiān)管環(huán)境和頻譜分配。

　　任何一項(xiàng)科技成果的應(yīng)用往往隱含利與弊的雙重性。無(wú)論如何，太陽(yáng)能都將深刻影響未來(lái)的能源格局。(科技日?qǐng)?bào))