美國太空太陽能衛星運行一年有望實現太空太陽能輸電

1月16日，美國加州理工學院宣布，其研發的太空太陽能衛星（SSPD-1）已成功在軌運行一年，并完成了3項實驗測試。研究人員認為，衛星搭載的這3個重達110磅的原型器件是成功的，相信這一結果“將有助于規劃太空太陽能的未來”，不過，距離真正實現可能還需要幾十年，目前他們正迫切深入了解結果。

2023年1月3日，由加州理工學院科研教授團隊歷時十余年研發的太空太陽能衛星SSPD-1搭載SpaceX美國太空探索公司的獵鷹9號火箭發射升空，該衛星主要進行3個實驗，分別是可在軌部署的超輕型復合材料實驗、能夠承受惡劣太空環境的電池評估、用于低軌電力傳輸的微波陣列實驗。

“太陽能以商業方式從太空發射照亮地球，在未來應該能夠實現。這項任務表明，它的確在未來可能可以實現。“加州理工學院校長托馬斯·羅森鮑姆說。

用于低軌電力傳輸的微波陣列實驗首次證明了太陽能可以被光伏電池收集，并能夠通過微波傳輸到地球。在八個多月的時間里，科研人員“故意”加強壓力測試致使傳輸能力下降，隨后，他們在實驗室里重現這一問題，找到了“罪魁禍首”——復雜的電熱相互作用和單個陣列組件的磨損。

加州理工學院太空太陽能發電項目聯合主任、電氣工程和醫學工程布倫講席教授阿里·哈吉米里稱，這些結果促進我們進行各方面修訂，以最大限度地提高其長時間工作的性能，“通過太空測試，我們更清楚地了解我們的盲點，也對我們的能力更有信心。”

此外，研究團隊還測試了32種不同類型的光伏電池，揭示了個別電池組件在應對太陽耀斑和地磁活動等太空天氣事件的效應，例如鈣鈦礦電池性能具有極好的易變性。目前可用的太空太陽能電池比地球上廣泛使用的太陽能電池和組件貴100倍，團隊通過采用廉價且可擴展的生產工藝，實現了低成本的“非外延生長”電池。

不過，盡管太空太陽能衛星總體上取得了成功，但真正實現利用衛星陣列高效且經濟地積累太陽能，可能還需要數年時間，還有諸多問題需要解決。首先，目前微波陣列傳輸的能量非常小，要提高能量，可能需要上千米寬的陣列，而國際空間站只有110米寬。有估計顯示，太空中太陽能發電的成本為1-2美元/千瓦時，而目前美國電力的成本不到0.17美元/千瓦時。材料成本需要大幅降低，與此同時還要保持足夠強度以承受太陽輻射和地磁活動。此外，將強大的微波和激光束發射回地球也存在安全問題。

研究人員意識到，盡管問題還有許多，但最近的進展表明，他們似乎正走在一條充滿希望的道路上。

該圖展示了太空中的無線電力傳輸，頂部的接收器正在接收電力，且被無線傳輸來的電力照亮。