美國(guó)國(guó)家航空航天局的一位藝術(shù)家在1999年繪制的軌道太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)。像許多其他太空太陽(yáng)能設(shè)計(jì)一樣，該設(shè)施需要許多連接部件，這意味著發(fā)射成本將非常高昂

北京時(shí)間8月23日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，1941年，著名科幻作家艾薩克·阿西莫夫發(fā)表了短篇小說(shuō)《推理》(Reason)。這是一個(gè)關(guān)于機(jī)器人和人工智能的警示故事，其奇特的背景設(shè)定至今仍被人津津樂(lè)道，那就是一個(gè)能收集太陽(yáng)能，并通過(guò)微波向行星傳遞能量的空間站。在這篇作品之后，基于太空的太陽(yáng)能利用就成為一個(gè)長(zhǎng)盛不衰的新奇想法。如果人類能夠掌握這項(xiàng)技術(shù)并籌集資金將之實(shí)現(xiàn)，人類世界就有可能因此改變。

唐納德·布倫是美國(guó)最富有的房地產(chǎn)開發(fā)商之一，也閱讀了一些關(guān)于太陽(yáng)能的書，他有能力為這一項(xiàng)目提供資金上的幫助。加州理工學(xué)院已經(jīng)于近日宣布，自2013年以來(lái)，唐納德·布倫和他的妻子布麗吉特已經(jīng)向該校捐贈(zèng)了1億多美元，助力軌道光伏發(fā)電的實(shí)現(xiàn)。

這項(xiàng)宏偉的工程將需要一大筆錢，而且更重要的是，相關(guān)的工作已經(jīng)進(jìn)行了十多年。加州理工學(xué)院的一個(gè)團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在2022年底或2023年首次發(fā)射一個(gè)測(cè)試陣列。

高地球軌道是建造太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)的好地方，因?yàn)檫@里太陽(yáng)永遠(yuǎn)不會(huì)落下，永遠(yuǎn)不會(huì)有遮蔽的云層。然而，為了產(chǎn)生大量的電力，以往的大多數(shù)設(shè)計(jì)都是不切實(shí)際的，不僅規(guī)模龐大，而且成本高昂，是當(dāng)前人類社會(huì)負(fù)擔(dān)不起的。在工程師們的描繪中，有巨大的桁架結(jié)構(gòu)，通常長(zhǎng)達(dá)數(shù)公里;光伏板或鏡子安裝在桁架上，吸收或集中陽(yáng)光，將光能轉(zhuǎn)化成直流電，然后通過(guò)激光或微波光束傳輸?shù)降孛�。建造這樣一個(gè)裝置可能需要數(shù)百次火箭發(fā)射。在很多人看來(lái)，這注定是一項(xiàng)因?yàn)橐?guī)模太大而無(wú)法成功的技術(shù)。

真正需要做的是技術(shù)上的范式轉(zhuǎn)換，我們談?wù)摰牟皇敲科椒矫?公斤的重量，而是今天就可以制造的、每平方米只有100到200克的系統(tǒng)。這個(gè)項(xiàng)目的技術(shù)路線圖希望能將這個(gè)范圍降至每平方米10到20克。

那么，這個(gè)路線圖如何實(shí)現(xiàn)?當(dāng)然不可能一蹴而就，但我們可以改變思路，或許最大的改變就是制造模塊化的太陽(yáng)能電池板。輕質(zhì)的砷化鎵光電池將被連接到“瓦片”——由加州理工學(xué)院設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能板基本單元——每塊“瓦片”可能只有100平方厘米大小，相當(dāng)于一個(gè)甜點(diǎn)盤。

關(guān)鍵在于，每塊“瓦片”本身就是一個(gè)微型太陽(yáng)能發(fā)電站，配有光伏裝置、微型電子元件和微波發(fā)射器。所有“瓦片”將連接在一起，形成更大的“模塊”，面積或許能達(dá)到60平方米。數(shù)千個(gè)模塊將形成一個(gè)六邊形發(fā)電站，每條邊3公里長(zhǎng)。這些模塊之間甚至沒有物理連接，沒有沉重的支撐梁和捆綁的電纜，質(zhì)量也更少。

你可以把它想象成一群魚，就像一大群相同的獨(dú)立元素在編隊(duì)飛行。接下來(lái)，向地面接收器的能量傳輸將通過(guò)同步的相控陣微波信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣它們就可以在沒有移動(dòng)部件的情況下進(jìn)行瞄準(zhǔn)。這種傳輸本質(zhì)上是安全的，因?yàn)槲⒉�能量不是電離輻射，其能量密度將“等于陽(yáng)光中的功率密度”。

實(shí)現(xiàn)太空太陽(yáng)能發(fā)電可能還需要幾年的時(shí)間。美國(guó)航空航天公司空間政策和戰(zhàn)略中心的分析師警告稱，這“不會(huì)是一個(gè)快速、簡(jiǎn)單或全面的解決方案”。從互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星到重返月球和登陸火星的計(jì)劃，太空發(fā)射的成本正逐步下降，而新的航天器也不斷升空，地面電網(wǎng)可能不是太陽(yáng)能衛(wèi)星的第一批用戶，對(duì)此更有需求的將是其他太空飛行器，畢竟從環(huán)繞軌道的太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)接收微波束將比擁有自己的太陽(yáng)能電池板更加實(shí)用。

(關(guān)鍵字：光伏)