綜合人民網(wǎng)10月6日消息：太空太陽(yáng)能電站是利用衛(wèi)星技術(shù)，在太空把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能，然后以某種方式傳回地球供人類(lèi)使用的系統(tǒng)。一旦建成，就成為一種“取之不盡”的潔凈能源。我國(guó)“神七”的“太空漫步”試驗(yàn)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，太空行走是我國(guó)從太空獲取能源的關(guān)鍵技術(shù)步驟。

    太空太陽(yáng)能電站——是人類(lèi)獲取能源的主要方向

    在軍事領(lǐng)域，太陽(yáng)能對(duì)軍用航天器具有不可替代的作用。以應(yīng)用衛(wèi)星為主的航天系統(tǒng)在通信、導(dǎo)航定位、預(yù)警、軍事氣象等諸多方面都有著不可替代的作用，在未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中更將成為決定勝負(fù)的舉足輕重的因素。然而，這些擔(dān)負(fù)軍事任務(wù)的航天器(衛(wèi)星、飛船、空間站、航天飛機(jī)等航天器)不可須臾離開(kāi)電能來(lái)維持其正常工作。由于航天器本身自帶的電池遲早要耗盡，因此太陽(yáng)能就成為航天器得以正常工作的不可缺少的能源。美國(guó)國(guó)家安全太空辦公室(NSSO)則對(duì)太空太陽(yáng)能的軍事用途感興趣。太空發(fā)電站傳輸回地球的微波束較為集中，因此如果給戰(zhàn)場(chǎng)上的士兵配發(fā)接收天線，他們就能隨時(shí)用微波對(duì)設(shè)備充電。另外，太空太陽(yáng)能也能為邊遠(yuǎn)地區(qū)的軍事基地提供便利。而在這些地區(qū)，傳統(tǒng)供電方式每度電的成本在1美元以上。

    在宇宙空間，太陽(yáng)光線不會(huì)被大氣減弱，太陽(yáng)光的輻射能量十分穩(wěn)定。因而在靜止軌道上建設(shè)的太陽(yáng)能電站，一年有99%的時(shí)間是白天，其利用效率比在地面上要高出6~15倍。再有太空太陽(yáng)能電站的發(fā)電系統(tǒng)相對(duì)來(lái)說(shuō)比地面簡(jiǎn)單，而且在無(wú)重量、高真空的宇宙環(huán)境中，對(duì)設(shè)備構(gòu)件的強(qiáng)度要求也不太高。

    隨著全球變暖和能源短缺問(wèn)題日益緊迫，向太空要能源愈發(fā)迫切。美國(guó)五角大樓在2007年10月的報(bào)告中則明確指出，和“向下鉆取能源”一樣，“向上鉆取能源”的工作必須立即著手開(kāi)始。

    國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家重視開(kāi)發(fā)太空太陽(yáng)能

    隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在外太空進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)電的國(guó)家有美、日、法、德、俄和烏克蘭等，其中大多采用微波傳送方式，只有德國(guó)采用激光傳送。而今，歐洲國(guó)家在非洲留尼汪島建造的一座10萬(wàn)千瓦試驗(yàn)型微波輸電裝置，已于2003年向當(dāng)?shù)卮迩f送電；而日本擬于2020年建造試驗(yàn)型太空太陽(yáng)能發(fā)電站 SPS2000，其2050年結(jié)束試驗(yàn)進(jìn)入規(guī)模運(yùn)行，該項(xiàng)目已排入日本航天計(jì)劃。

    太空太陽(yáng)能發(fā)電站的想法最初在1968年由美國(guó)麻省里特咨詢(xún)公司的工程師彼特·格拉澤提出。雖然太空發(fā)電站的大規(guī)模建設(shè)有望一舉解決溫室氣體排放和能源短缺問(wèn)題，但美國(guó)在20世紀(jì)70年代進(jìn)行了初步研究后還是放棄了這種想法，因?yàn)槠浣ㄔO(shè)成本高得驚人。即使在今天，僅將一顆這樣的太陽(yáng)能衛(wèi)星送進(jìn)太空就需要1萬(wàn)億美元，而在太空建發(fā)電站至少需要十幾顆這樣的衛(wèi)星。高昂的成本，讓人類(lèi)不得不望而卻步。

    雖然在太空建設(shè)發(fā)電站的計(jì)劃暫時(shí)擱置，但人類(lèi)探索太空太陽(yáng)能的腳步卻從未停止。美國(guó)太空太陽(yáng)能專(zhuān)家約翰·曼金斯說(shuō)，近年來(lái)太陽(yáng)能領(lǐng)域的三大技術(shù)突破可使太陽(yáng)能衛(wèi)星的大小和成本降到可接受的水平，現(xiàn)在曼金斯的可控能源技術(shù)公司則是太空太陽(yáng)能領(lǐng)域研發(fā)的領(lǐng)頭羊。

    他解釋說(shuō)，首先與20世紀(jì)70年代相比，如今的太陽(yáng)能電池的效率提高了4倍，因此所需的電池板的面積可大大縮小。其次，微波傳送技術(shù)也大大提高，利用固定裝置就能使微波光束實(shí)現(xiàn)精確指向，而不再需要旋轉(zhuǎn)天線。因此可以用體積小、組裝簡(jiǎn)便的模塊天線替代原來(lái)1公里長(zhǎng)的天線。最后，機(jī)器人可以替代宇航員在太空中完成組裝工作。2007年10月，美國(guó)五角大樓國(guó)家安全太空辦公室(NSSO)悄然推出一份研究報(bào)告，建議美國(guó)政府在未來(lái)10年投入100 億美元建造一顆能將10兆瓦太陽(yáng)能傳回地球的試驗(yàn)衛(wèi)星，并為下一步私人參與開(kāi)發(fā)此技術(shù)提供經(jīng)濟(jì)激勵(lì)。這就是被稱(chēng)為太空太陽(yáng)能發(fā)電站的研究項(xiàng)目。由美國(guó)國(guó)家航空和航天局與國(guó)家能源部建造的世界上第一座太陽(yáng)能發(fā)電站，最近將在太空組裝，不久將開(kāi)始向地面供電。根據(jù)美國(guó)科學(xué)家預(yù)測(cè)，到2025年，美國(guó)有可能在太空建造100座太陽(yáng)能電站，將會(huì)滿(mǎn)足美國(guó)全國(guó)30%的電力。

    20世紀(jì)80年代，日本也已展開(kāi)太空太陽(yáng)能相關(guān)研究。而日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)與日本經(jīng)產(chǎn)省共同資助1200萬(wàn)美元的太空太陽(yáng)能十年計(jì)劃也即將結(jié)束第一階段的研究。日本采取的激光傳輸，利用靜止軌道上的反射鏡將收集到的太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為激光，再傳輸?shù)降孛?。由于激光與太陽(yáng)光不同，不易發(fā)散，因此能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。

    而在地面，日本科學(xué)家準(zhǔn)備使用光電轉(zhuǎn)換裝置將接收到的激光轉(zhuǎn)換為電力，直接用來(lái)分解海水制造氫氣。在微波傳輸方面，日本科學(xué)家希望將位于靜止軌道上的太陽(yáng)能電池發(fā)出的電力轉(zhuǎn)換為微波傳輸?shù)降孛?，在地面再將接收到的微波重新轉(zhuǎn)換為電力。為了使微波能更高效地在大氣中傳輸，他們準(zhǔn)備使用不受云、雨等氣象條件影響的頻寬帶，目前備選的有專(zhuān)門(mén)用于產(chǎn)業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療領(lǐng)域的2.45GHz帶和5.8GHz帶。

    “這項(xiàng)研究的目的很明確，就是為化石燃料的枯竭和全球變暖這些人類(lèi)共同面臨的難題提供一個(gè)解決的方案。”這個(gè)項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人JAXA高級(jí)任務(wù)研究中心的鈴木拓明如是說(shuō)。今后他們的研究重點(diǎn)將放在尋找可以高效地將陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為激光的材料方面，目前最有可能被選用的是一種添加了釹和鉻的釔鋁石榴石晶體。

    據(jù)稱(chēng)，在太空太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)初步建成后，將采取微波和激光兩種方式共同進(jìn)行傳輸，微波系統(tǒng)包括薄膜集光鏡、太陽(yáng)能電池板、微波傳送天線等設(shè)備，長(zhǎng)度有數(shù)公里，重量至少1萬(wàn)噸。而激光系統(tǒng)至少需要在太空中設(shè)置100個(gè)，以形成陣列，總重達(dá)500噸，長(zhǎng)度10公里。此外，在地面上還需要設(shè)置長(zhǎng)度至少 2公里的微波接收天線。日本計(jì)劃在2030年之前把太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星發(fā)射到地球靜止軌道上，通過(guò)這些衛(wèi)星每年將100萬(wàn)千瓦(相當(dāng)于一所大型核能發(fā)電站的發(fā)電量)的能量傳輸?shù)降厍颉?/p>

    日本的計(jì)劃實(shí)施起來(lái)并不容易，除了技術(shù)之外，最主要的就是費(fèi)用問(wèn)題。建造這樣規(guī)模的設(shè)施據(jù)估計(jì)至少需要幾百億美元。但隨著技術(shù)的不斷成熟，太空太陽(yáng)能發(fā)電的費(fèi)用也會(huì)降低，爭(zhēng)取可將每度電的價(jià)格限制在7日元(約合0.448元人民幣)。如果真能達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，太空太陽(yáng)能發(fā)電的價(jià)格將與目前用其他方式發(fā)電的費(fèi)用相當(dāng)，確實(shí)非常經(jīng)濟(jì)，頗具吸引力。

    中國(guó)具有開(kāi)發(fā)太空太陽(yáng)能的潛力

    近年來(lái)，雖然我國(guó)在發(fā)展地面太陽(yáng)能可再生能源方面做了大量的工作，但利用規(guī)模還十分有限，發(fā)展空間太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)、解決太陽(yáng)能的大規(guī)模利用問(wèn)題才是我國(guó)發(fā)展的主要方向。

　　作為空間太陽(yáng)能發(fā)電的主要關(guān)鍵技術(shù)，WPT(Wireless Power Transmission)在能量傳輸方面起重要作用。我國(guó)在雷達(dá)技術(shù)研究、應(yīng)用方面具有一定基礎(chǔ)，激光技術(shù)也已成熟。微波技術(shù)、激光技術(shù)在許多方面得到了應(yīng)用，表明我國(guó)在WPT技術(shù)上已具有相當(dāng)基礎(chǔ)，如對(duì)WPT在輸能的功率、效率與精度控制等方面進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，應(yīng)用于空間電站的WPT技術(shù)一定會(huì)很快成熟起來(lái)。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

    作為空間電站的能量轉(zhuǎn)換器件——太陽(yáng)能電池應(yīng)具有較高的轉(zhuǎn)換效率、重量體積比功率以及較強(qiáng)的抗輻照、抗衰退能力，同時(shí)要成本低、壽命長(zhǎng)，便于安裝。我國(guó)研制太陽(yáng)能電池始于1958年，目前約有38個(gè)研究生產(chǎn)單位從事光伏研究與發(fā)展工作。生產(chǎn)能力超過(guò)5.5MW/年。另有兩條空間用硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線，產(chǎn)品大部分是單晶硅太陽(yáng)能電池組件。我國(guó)光伏發(fā)電首先應(yīng)用于空間，已經(jīng)發(fā)射的大多數(shù)衛(wèi)星均采用硅太陽(yáng)能電池供電。

    目前我國(guó)實(shí)用性單晶硅電池效率可達(dá)15%，多晶硅電池超過(guò)10%，非晶硅電池也超過(guò)6%。砷化鎵電池的實(shí)驗(yàn)室效率可達(dá)21%，批量生產(chǎn)可達(dá) 18%。隨著效率的提高，各種新工藝、新結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，太陽(yáng)能電池的比功率、抗輻照、抗衰退能力也將進(jìn)一步提高。我國(guó)已具備了太陽(yáng)能電池的技術(shù)基礎(chǔ)與空間應(yīng)用能力。

    在空間技術(shù)基礎(chǔ)方面，要建設(shè)太空太陽(yáng)能電站，除發(fā)展載人航天、空間站技術(shù)外，應(yīng)同時(shí)或首先研究空間遙控機(jī)器人技術(shù)。另外，為了降低太空太陽(yáng)能電站的建設(shè)成本，應(yīng)重點(diǎn)降低運(yùn)輸成本，提高有效載荷，同時(shí)研究其他各種運(yùn)輸技術(shù)，如電子推進(jìn)器、磁懸浮火箭、可重復(fù)使用的運(yùn)載器等。盡管就我國(guó)的目前空間技術(shù)水平相比還存在許多差距，但就空間工業(yè)基礎(chǔ)來(lái)講，我國(guó)已具備建設(shè)太空太陽(yáng)能電站所需空間技術(shù)的潛能。