太陽是地球乃至整個太陽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，簡而言之，就是把地面的太陽能發(fā)電裝置搬到太空去，在“天上”將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，再通過無線能量傳輸方式送到地面。

據(jù)報道，科學(xué)家正探索在太空利用太陽能發(fā)電并傳輸回地球的方法并取得突破性進展。如果這項“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能。在地面上，太陽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。太空中的太陽能卻非常充裕。據(jù)估算，每平方米太陽能電池在中國西北地區(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?？捎^。

從技術(shù)原理來看，太空電站主要由三部分組成：發(fā)電裝置將太陽能轉(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)家已驗證這項技術(shù)在軌測試結(jié)果優(yōu)于地面測試效果，計劃于2023年進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線方式傳輸?shù)绞澜绺鞯?，不依賴大?guī)模電網(wǎng)，可對偏遠地區(qū)、受災(zāi)地區(qū)以及重要設(shè)施等進行定向供電或移動供電。比如，假若有了太空電站，電動車就無需再四處尋找充電樁，可以隨時隨地進行移動充電。

不過，建造太空電站還需要攻克多重技術(shù)難題。例如，單個太空電站的面積至少相當(dāng)于1400個足球場，發(fā)電功率為兆瓦級，使用壽命需達到30年以上。要建造這么宏大的空間系統(tǒng)，在材料、運載、航天器控制、在軌組裝及維護等不少關(guān)鍵領(lǐng)域仍有待突破。有人建議，可利用成千上萬顆小衛(wèi)星，像拼插積木一樣將大型太陽能發(fā)電機組裝起來;或者是通過太空3D打印，未來在空間站上直接制造和部署太空電站。此外，遠距離無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，太空電站隨時有被撞擊損壞的風(fēng)險。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家看好。英國政府已委托有關(guān)部門對太空電站展開研究，日本科學(xué)家也在試驗將電能轉(zhuǎn)換為能量波傳輸?shù)降乇淼姆绞?。中國首個太空電站實驗基地已于2018年在重慶啟動，還提出了實現(xiàn)太空電站目標(biāo)的技術(shù)路線圖，有望成為世界首個建成有實用價值太空電站的國家。

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

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