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始。

    國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家重視開發(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發(fā)此技術(shù)提供經(jīng)濟(jì)激勵(lì)。這就是被稱為太空太陽(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)滿足美國(guó)全國(guó)30%的電力。

    20世紀(jì)80年代，日本也已展開太空太陽(yáng)能相關(guān)研究。而日本宇宙航空研究開發(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，目前備選的有專門用于產(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，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。