天基太陽能：地球能源荒的終極方案？

　　歐洲航天局日前發布了一位藝術家關于“天基太陽能”的概念圖。圖中，漂浮在太空中的巨型太陽能發電站產生的能量發射向地球。這樣的場景讓人們想起1941年美國科幻小說家艾薩克·阿西莫夫發表的短篇小說《理性》，其中提到了一種通過微波光束從空間站傳輸太陽能到附近行星的技術。

　　現在，科技的進步，加之對綠色能源日益增長的需求，正讓這樣的夢想照進現實。

　　今年稍早時間，在德國慕尼黑，空客公司在其X-Works創新工廠演示了使天基太陽能成為現實所需的關鍵技術。科學家使用微波束，在代表“太空”和“地球”的兩點之間傳輸綠色能源超過36米。接收到的能量用以照亮一個模型城市，通過水的裂解成功產生了綠色氫氣。

　　綠色能源的“靈丹妙藥”？

　　據《科學美國人》文章，天基太陽能被一些人視為是實現溫室氣體凈零排放，同時仍有穩定、可持續和充足的電力供應的“靈丹妙藥”。來自地面太陽能和風能的電力都更容易受到環境條件波動的干擾，與之不同的是，天基太陽能可以全天候運行，提供所謂的基本負載電力，同時還允許在電網之間靈活、快速地調度電力。

　　英國空間能源倡議（SEI）聯合主席馬丁·索爾陶說，天基太陽能另一個優勢是不需要重新設計電網。地面整流天線將位于現有電網互聯附近，可能與現有的海上風力發電場毗鄰。

　　SEI正在進行一個名為“仙后座”的項目，該項目計劃在高地球軌道上放置一個大型衛星群。這些衛星將由地球上的工廠生產的數十萬個小型、相同的模塊組成，并由自主機器人在太空中進行組裝，機器人還將進行維修和維護。衛星收集的太陽能將被轉換為高頻無線電波，并被傳送到地球上的整流天線，將無線電波轉換為電能，每顆衛星的電力輸出可與核電站相當。

　　在地球上，陽光被大氣層擴散，但在太空中沒有干擾。因此，空間太陽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。

　　全球競相開展技術測試

　　SEI并不是唯一一家對天基太陽能相關硬件進行實際測試的公司。全球正在開展多個類似項目。

　　歐洲航天局的SOLARIS計劃旨在探索天基太陽能的概念和關鍵技術。10月18日，歐空局舉行了“SOLARIS工業日”活動，以加強天基太陽能的研發任務，如果得到支持，這些任務將在2023—2025年期間完成。

　　日本自20世紀80年代以來一直在堅持不懈地研究天基太陽能。日本宇宙航空研究開發機構的研究人員設計了一項計劃，以開發和測試控制功率束和在軌道上組裝大型結構的新方法。理想情況下，天基太陽能系統將在十年或二十年內問世。

　　美國國家航空航天局未來很可能需要在地球以外使用天基太陽能，以支持其載人月球探測計劃“阿爾忒彌斯”。例如，圍繞月球的天基太陽能建設可以幫助支持月球表面基地和其他探索活動。更有潛力的是，天基太陽能有朝一日也可用于星際飛行，而無需攜帶昂貴的推進劑。

　　美國空軍研究實驗室的空間太陽能增量演示和研究項目最近對名為“阿拉克妮”的飛行實驗關鍵硬件進行了首次端到端測試。預計其將于2025年發射，任務之一是展示在低地球軌道上形成和聚焦射頻波束的能力。

　　中國空間技術研究院和西安電子科技大學建造了一座大型建筑，展示了聚光和無線電力傳輸的新技術。該項目代號為“逐日工程”，利用了一座75米高的鋼塔。新設施的設計是為了測試和驗證球形膜能量收集陣列技術，該陣列是在地球靜止軌道上收集太陽能的集中器系統。

　　研究之路道阻且長

　　并不是所有人都對天基太陽能的前景持如此樂觀的看法。落基山研究所的聯合創始人、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，但發射成本對天基太陽能來說仍然是一個巨大的障礙。

　　盡管天基太陽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展趨勢也構成了巨大挑戰。陸基可再生能源，如風能和太陽能正迅速變得便宜，將這些“地面”能源整合到原有的電網中，可確保“穩固”的電力輸送幾乎不會增加成本。

　　至于SEI計劃，索爾陶認為，要實現目標，首先需要進行幾輪強有力的太空測試，還有許多其他重要的問題需要解決，比如監管環境和頻譜分配。

　　任何一項科技成果的應用往往隱含利與弊的雙重性。無論如何，太陽能都將深刻影響未來的能源格局。