近报 -21版:新知-2018年01月05日

　　一个全球性的竞赛正在进行中,以挖掘来自太空中的太阳能。美国太平洋煤电公司(PG&E),打算购买一种微小的太阳能发电设备。但这些太阳能板并不是有序地放置在炙热的沙漠中,而是放在距地面约36000千米的地球同步轨道上。在那里,它们将收集太阳的无限能量,并把能量传送到电网。这不仅仅是梦想,而是正在进行中令人吃惊的太空太阳能项目。
　　这个项目已经有一些重量级的竞争者:中国在行动,旨在2020年建立太空发电站雏形；俄罗斯已经建立了小模型；日本已经推出了一个国家太空太阳能计划,打算在2030年前有“作业卫星”……这会不会代表着由能源引发的太空竞赛即将拉开序幕?
好处多多的太空太阳能
　　在太空中,太阳辐射要克服几大障碍才能到达地面。其中以昼夜变化、云层厚度,以及大气干洁程度等障碍因素为主。即使在最晴、最长、最明亮的一天,大气散射和吸收到的太阳入射能量,也只是其原始能量的一小部分。一旦穿过大气层,太阳能就只剩下了1/3到1/20。此外太阳辐射的减少量还取决于你所处的位置,不同经纬度,太阳入射辐射量也会不一样。
　　如果能把太阳能电池板放在太空之中的轨道上,以上所有问题都会迎刃而解。在那里,卫星的身上安装着一个巨大的太阳能光电组列,能收获阳光的纯能量。然后在卫星上直接转化成电能,经由巨型微波传输天线或激光将电能输回地面电网,以满足人类的用电需求。这是非常环保的清洁能源。
太空能源,未来主能量
　　其实,该理论是美国航空航天工程师格拉泽于1968年首次提出的。10年后,石油危机开始威胁到美国,人们开始担心如果人类未来没有化石燃料该怎么办。对此,美国宇航局和美国能源部合作,花费了约2000万美元,研究如何把在太空收集太阳能变成现实。
　　研究表明,能为美国整个东北部供电所需要的太阳能电池板,得有好几千米宽,重达8100万千克。在当时的技术条件下,将1千克货物发送到太空中需要花费5万美元,这意味着这样的卫星发射的成本就达到了4万亿美元。石油危机结束后不久,这个新生的太空计划被取消了。
　　但是,几十年来,由于人类对化石燃料储量的担忧,燃烧后导致大量温室气体排放,科学家对在太空中获得能源仍念念不忘,日本就处在太空太阳能研究的最前沿。日本没有属于自己的化石燃料资源,想要利用风力和太阳能,土地面积又不足；另一方面,福岛核灾难仍然历历在目。因此,日本航天局等机构开发太空太阳能严格的规划图,轨道试验计划开始于2020年,准备充分的作业卫星将在2030年传递1千兆瓦能量。
技术改善是帮手
　　这个项目能得到实施,部分要归功于这半个世纪以来的技术进步。以无线电发射能量为例,在1975年,美国宇航局发射了34千瓦无线电能,点亮了距离1.5千米远的一个阵列中300瓦的灯。2008年,他们在夏威夷岛上的各岛屿之间进行实验,距离增加了100倍以上。
　　太阳能电池也有所改善。最好的太阳能电池的最高效率悄悄从1950年代的6%升到了如今的30%。那只是对于一个太阳而言,使用动态阵列的镜子,就能多次反射太阳光,相当于多个太阳在辐射,就能产生更多能量。如果我们能得到相当于400到500个太阳在辐射的效果,效率会提高到45%。
　　不过,卫星进入太空中仍然存在一个巨大的难点,那就是发射成本并没有随着时代的发展而有显著的改善。科学家目前唯一能做的只能是严格限制卫星重量,减轻每一个设备的重量,包括太阳能发电层、无线微波传输系统和航天器结构等,以降低发射成本。
　　但降低发射成本,不只包括重量,还包括体积。折叠设计的物体,能最大限度减少发射的体积。此外,科学家已经找到一种方法把所需要的光电层、电力-微波转换的电子设备、背地面天线等,压缩成一个轻量级的薄片,厚度小于1厘米。
　　最近,另一个正在进行的太空竞赛——回收火箭技术,使得火箭能重复使用,节约资金,也为太空太阳能的计划提供了基础。
成为太空太阳能的主人
　　目前,大多数企业将获得的太空太阳能的目标只设定为1千兆瓦,这与我们现有的太阳能发电能力相比(超过1000千兆瓦),相形见绌。但这只是开端,科学家坚信很快每个卫星可达到10千兆瓦。
　　科学家原计划将卫星发射到地球同步轨道上,在地球表面上空同一点徘徊,使能量的发射尽可能简单。但长久打算的话,这并不理想,因为卫星会被限制在日益拥挤的轨道上。另外,也有些人认为,将太阳能转化为电力,电力转化成微波,最后微波再转化为电力,这样多次转化使得能量效率低、浪费电力。
　　无论如何,太空太阳能技术即将引发新的太空竞赛,谁先成功实行这项技术,就能转变为控制清洁能源的“主人”,占领未来能源市场。　　　　据《大科技》