太陽(yáng)是地球乃至整個(gè)太陽(yáng)系取之不盡的核心能源系統(tǒng)。隨著地球傳統(tǒng)能源面臨枯竭，太空電站或?qū)⒊蔀?1世紀(jì)解決能源問題的重要途徑。太空電站，簡(jiǎn)而言之，就是把地面的太陽(yáng)能發(fā)電裝置搬到太空去，在“天上”將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，再通過無(wú)線能量傳輸方式送到地面。

據(jù)報(bào)道，科學(xué)家正探索在太空利用太陽(yáng)能發(fā)電并傳輸回地球的方法并取得突破性進(jìn)展。如果這項(xiàng)“隔空傳電”技術(shù)成熟，人類離太空電站將更近一步。

電站“上天”，主要是為了更高效地利用太陽(yáng)能。在地面上，太陽(yáng)能受到大氣的吸收和散射、云雨的增減以及季節(jié)、晝夜更替等因素影響而衰減很多，能量密度也變化巨大，很不穩(wěn)定。太空中的太陽(yáng)能卻非常充裕。據(jù)估算，每平方米太陽(yáng)能電池在中國(guó)西北地區(qū)的最高發(fā)電功率約為0.4千瓦，在平流層為7—8千瓦，而在地球同步軌道上，發(fā)電功率可達(dá)10—14千瓦。即便電能在多次轉(zhuǎn)換過程中有所損耗，太空發(fā)電的整體效率仍非常可觀。

從技術(shù)原理來(lái)看，太空電站主要由三部分組成：發(fā)電裝置將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，能量轉(zhuǎn)換和發(fā)射裝置將電能轉(zhuǎn)換成微波或激光等形式，并向地面接收系統(tǒng)發(fā)送波束，最后地面轉(zhuǎn)換裝置再將其轉(zhuǎn)換為電能接入電網(wǎng)。美國(guó)科學(xué)家研發(fā)出一種“光伏射頻天線模塊”，用于發(fā)電和能量轉(zhuǎn)換。今年1月，科學(xué)家已驗(yàn)證這項(xiàng)技術(shù)在軌測(cè)試結(jié)果優(yōu)于地面測(cè)試效果，計(jì)劃于2023年進(jìn)行空間段到地面段的電力傳輸演示。

太空電站不受天氣和緯度等自然因素影響，可大規(guī)模收集、轉(zhuǎn)換和利用太陽(yáng)能，發(fā)電量與地面核電站相當(dāng)。不僅如此，從太空中獲取的電能通過無(wú)線方式傳輸?shù)绞澜绺鞯?，不依賴大?guī)模電網(wǎng)，可對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)、受災(zāi)地區(qū)以及重要設(shè)施等進(jìn)行定向供電或移動(dòng)供電。比如，假若有了太空電站，電動(dòng)車就無(wú)需再四處尋找充電樁，可以隨時(shí)隨地進(jìn)行移動(dòng)充電。

不過，建造太空電站還需要攻克多重技術(shù)難題。例如，單個(gè)太空電站的面積至少相當(dāng)于1400個(gè)足球場(chǎng)，發(fā)電功率為兆瓦級(jí)，使用壽命需達(dá)到30年以上。要建造這么宏大的空間系統(tǒng)，在材料、運(yùn)載、航天器控制、在軌組裝及維護(hù)等不少關(guān)鍵領(lǐng)域仍有待突破。有人建議，可利用成千上萬(wàn)顆小衛(wèi)星，像拼插積木一樣將大型太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)組裝起來(lái);或者是通過太空3D打印，未來(lái)在空間站上直接制造和部署太空電站。此外，遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸大功率電能技術(shù)目前也亟待攻關(guān)。

高昂成本和安全隱患也須考慮在內(nèi)。比如，地球同步軌道上不僅有隕石，還有大量太空垃圾，太空電站隨時(shí)有被撞擊損壞的風(fēng)險(xiǎn)。不過，作為一種高效又環(huán)保的發(fā)電方式，太空電站仍被許多國(guó)家看好。英國(guó)政府已委托有關(guān)部門對(duì)太空電站展開研究，日本科學(xué)家也在試驗(yàn)將電能轉(zhuǎn)換為能量波傳輸?shù)降乇淼姆绞?。中?guó)首個(gè)太空電站實(shí)驗(yàn)基地已于2018年在重慶啟動(dòng)，還提出了實(shí)現(xiàn)太空電站目標(biāo)的技術(shù)路線圖，有望成為世界首個(gè)建成有實(shí)用價(jià)值太空電站的國(guó)家。

(作者為全國(guó)空間探測(cè)技術(shù)首席科學(xué)傳播專家、北京空間科技信息研究所編審)

關(guān)鍵詞： 地球