未來能源新革命！軌道發射太陽能能否改變世界？

在軌道上收集太陽能并將其傳輸回地球，這個想法由來已久。如今，許多公司聲稱他們終于可以將之變為現實。

太陽光被收集起來，然后通過場地上像放大鏡一樣的大型透鏡照射出來，每個透鏡大約1.2米高。

去年一場實驗在佛羅里達州的一座美式橄欖球場上，進行了一項不同尋常的測試。這次測試中，投擲的不是橄欖球，而是橫跨整個球場的光束。這些密集的光束持續了幾分鐘，從杰克遜維爾美洲虎隊主場一側的發射器發射，并匯聚到另一側的屏幕上。

目標是什么？檢驗利用太空中的陽光為衛星供電是否可行。

Star Catcher是全球眾多致力于開發太空太陽能發電技術的公司之一。幾十年來，太空太陽能發電技術一直處于科學與科幻之間的灰色地帶。其理念是通過在太空捕獲太陽光，并將其傳輸到地面或其他衛星，從而為地球提供豐富的清潔能源。

星捕網絡可在客戶衛星需要時，以所需的功率和密度，在指定地點為其提供電力。星捕網絡能夠以 0.1 個太陽光強至 10 個太陽光強的密度，輸送 100 瓦至 100 千瓦的功率，從而消除能源瓶頸，提高正常運行時間、帶寬和任務執行能力—無需改造，成本僅為一半。

比之下，地面上的太陽能電池板會受到大氣層、天氣和地球晝夜循環的限制。這些因素都會影響電池板吸收的陽光量，在太陽輻射到達地面之前，會過濾掉不同比例的輻射。但在太空中，幾乎可以全天候以更高的效率收集陽光。

然而，意識到這一點絕非易事。

這很可能需要龐大的衛星星座，這或許會引發爭議，難以安全運行，而且建造過程需要大量的火箭發射。此外，還有更便宜、更便捷的可再生能源，可以更快地投入使用——考慮到如果世界想要控制全球變暖，就必須用更環保的替代能源取代化石燃料，這一點至關重要。

即便如此，仍有人認為在太空建造太陽能發電站的益處將遠遠大于弊端。例如，美國軍方非常熱衷于一項能夠按需向世界任何地方輸送能源的技術，這有助于克服現代戰場上面臨的主要難題之一，但這項技術在災后重建或為農村社區提供能源方面也同樣大有裨益。

太空太陽能發電的工作原理與地球上的太陽能發電非常相似—太陽能電池板將陽光轉化為電能—但它有一個巨大的優勢：它們位于大氣層之上。這意味著這些電池板可以收集未經大氣層過濾的陽光。大氣層會反射到達地球的約30%的能量，并在能量到達地球表面之前吸收約四分之一。太空太陽能電池板可以避免這種影響，并且如果放置在合適的軌道上，可以幾乎持續地接收陽光。

收集到的這種能量可以以微波或激光束的形式傳輸回地球，并由大型地面天線接收，轉換回可用的電能。然而，為了實現經濟效益，每顆衛星都必須產生并傳輸千兆瓦級的巨量電力，這就需要在軌道上組裝龐大的陣列。

美國科幻小說作家艾薩克·阿西莫夫早在1941年就在他的短篇小說《理性》中首次描寫了從太空獲取太陽能的設想。后來，在20世紀70年代，美國宇航局的研究得出結論：雖然這個想法很吸引人，但存在著巨大的技術和經濟障礙。

約翰·曼金斯曾是美國宇航局的物理學家，也是太空太陽能發電的倡導者。他在上世紀90年代領導了另一項研究，該研究表明，由于太陽能電池和其他技術的進步，太空太陽能發電的想法正變得越來越可行。“可行性成本從1萬億美元降至1000億美元，”他說道，“但當時沒有人對此感興趣。”

在中國，科學家們正在研發一種OMEGA空間太陽能發電衛星（SSPS）的全鏈路，它利用微波傳輸太陽能電池板陣列產生的電力。他們計劃在軌道上組裝一個直徑1公里的天線，以及600個直徑100米的太陽能子陣列。

目前，地面測試已成功利用微波傳輸技術，在55米的距離上傳輸了高達2081瓦的功率——足以驅動一個家用電水壺。

歐洲航天局的“太陽神計劃”（Solaris initiative）也將在今年晚些時候決定是否值得進一步研究太空太陽能發電。在美國，多家公司正在美國軍方的資助下開發太空太陽能發電技術。

Aetherflux公司計劃在近地軌道部署一支由高功率紅外激光器和光伏電池組成的衛星群。這些衛星將收集太陽能，然后將電力傳輸到地面上直徑僅5-10米的接收點，從而實現相對較小的占地面積。作為一項安全措施，每臺激光器都設計成一旦有物體（例如飛機或其他衛星）進入其運行路徑，就會立即關閉，以免損壞傳感器或人員。

今年四月，Aetherflux宣布已籌集到5000萬美元的資金。該公司計劃在2026年發射一顆演示衛星，該衛星將測試如何向地面太陽能電池板發射1千瓦或1.3千瓦的激光。“最理想的情況下，我們能看到幾百瓦的功率，”Bhatt說道。

該公司尚未公布其紅外激光傳輸系統在地球測試中的表現細節。

英國的太空太陽能公司采取了不同的方法—它設想在太空建造城市大小的巨型太陽能發電站，向地面輸送足夠的能量，為整個國家供電。這是一項艱巨的任務，但霍姆弗雷認為這是可以實現的。

“到 2050 年，沒有理由不期待太空太陽能發電能提供全球 20% 的電力，”他說。

Space Solar 獲得了英國政府約 120 萬英鎊的資助，計劃在未來三年內開展兩項示范任務，一項是練習通過無線電波向地面傳輸電力，另一項是展示機器人如何在太空中建造大型結構。

該公司表示，最終目標是在太空建造一個直徑1.8公里的巨型結構，并將其命名為“仙后座”。該空間站位于地球上方約36000公里的地球同步軌道上，這意味著它始終位于地球上空同一位置，并且幾乎永遠處于日光照射下。

該空間站將利用數百萬顆桌面大小、覆蓋太陽能電池板的衛星來收集太陽光。大約十億個天線會將收集到的能量傳輸到地面上一個與希思羅機場大小相當的接收站，該接收站會將無線電波轉換成電能。

美國公司Virtus Solis也在研發太空太陽能發電技術。該技術計劃將20萬顆蜂窩狀衛星組成龐大的星座，覆蓋數公里范圍。這些星座將采用特殊的莫爾尼亞軌道，圍繞地球大幅擺動，使其能夠在高緯度地區長時間停留，向北半球輸送電力。Virtus Solis計劃于2027年發射演示任務。

然而，也有人認為太空太陽能發電成本并不低。一項針對大規模太空太陽能發電設計的評估表明，以這種方式產生的電力成本可能是地面發電成本的12到80倍。

未來，航天器或許能夠向地球以外的其他地方輸送能量。在佛羅里達州NFL體育場進行測試的Star Catcher公司正在研究，未來是否有可能將陽光反射到衛星上，從而增強衛星在太空中的能源供應。

他們的光束系統將使用一系列菲涅爾透鏡——燈塔長期以來一直使用這種透鏡來反射和折射光線——將陽光聚焦到衛星的太陽能電池板上。拉什表示，這項技術可以為衛星提供比僅靠自然陽光所能獲得的更多能量。

可見目前很多國家都在積極發展部署從太空獲取太陽能的 技術，那么你認為這種技術是否合適，能否發展起來？