給月球系上太陽能“腰帶”

文|楊先碧

給月球系上太陽能“腰帶”

文|楊先碧

如同地球赤道一樣，月球赤道是月球上最熱的地方，也是太陽光最強(qiáng)的區(qū)域?？茖W(xué)家們?cè)O(shè)想，如果繞著月球赤道系上一條太陽能“腰帶”，即鋪設(shè)一圈太陽能電池板，每年可發(fā)電13萬億度。

充分利用太陽能是新能源領(lǐng)域最熱門的話題，對(duì)太陽能利用的設(shè)想甚至從地球開始延伸到廣袤的太空。尤其是在日本，因地震引發(fā)核泄漏危機(jī)之后，以太陽能等清潔能源取代核電的呼聲日漸高漲。

最近，日本一家公司公布了一項(xiàng)在月球上建太陽能電站，并把月球上的太陽能轉(zhuǎn)移到地球上來的“月環(huán)計(jì)劃”。這項(xiàng)計(jì)劃是近年來最勁爆的太陽能計(jì)劃，也是最具創(chuàng)意的偉大科學(xué)工程設(shè)想之一。

“月球發(fā)電”三大優(yōu)勢(shì)

我們都知道，太陽能是一種取之不盡、安全無污染的清潔能源，因此近幾十年來科學(xué)家們?cè)O(shè)想出各種辦法來利用太陽能。最近提出“月環(huán)”太陽能計(jì)劃的是日本清水建筑株式會(huì)社的一家研究機(jī)構(gòu)，他們打算在月球赤道地區(qū)部署大量的太陽能電池板，并將收集到的太陽能傳回地球接收站，供地球用電之需。

既然在地球上也可以進(jìn)行太陽能發(fā)電，那么緣何非要不遠(yuǎn)萬里、不惜財(cái)力上月球去發(fā)電呢？這主要是因?yàn)椤霸虑虬l(fā)電”的優(yōu)勢(shì)十分明顯。

首先，月球的大氣層十分稀薄，與地球相比簡直要稀薄到可以忽略不計(jì)的程度。因?yàn)樵虑蛏喜粫?huì)有云層和霧氣，當(dāng)然也不會(huì)有陰天出現(xiàn)，可以保障太陽能電站長年累月地發(fā)電。假如你身處月球，白天看到的太陽要比在地球明亮得多，光芒萬丈的太陽似乎噴吐著熊熊烈火，因此在月球上進(jìn)行太陽能發(fā)電的效率自然遠(yuǎn)比在地球上高。

再就是月球上基本沒有大氣，因而也就不會(huì)有風(fēng)沙天氣出現(xiàn)，而風(fēng)沙倒是“地球發(fā)電”亟需解決的重要問題。在地球赤道區(qū)域進(jìn)行太陽能發(fā)電，大多會(huì)選在荒無人煙的沙漠地區(qū)，然而沙漠地區(qū)風(fēng)沙大是出了名的，風(fēng)沙覆蓋在太陽能電池板上不但會(huì)侵蝕電池板，更重要的是會(huì)影響對(duì)太陽能的吸收，因此就需要大量的人工對(duì)太陽能電池板進(jìn)行經(jīng)常性地沙塵清理。

另外，由于月球是個(gè)無人區(qū)，不存在拆遷房屋或占用耕地的問題。月球上也沒有江河湖泊對(duì)陸地的隔離，鋪設(shè)起來要比在地球赤道容易得多。不過，月球赤道上有許多環(huán)形山，鋪設(shè)太陽能電池板需要繞過環(huán)形山的大坑。因?yàn)榭永锊坏佋O(shè)難度大，而且會(huì)出現(xiàn)太陽照射不到的陰影區(qū)域。

如何在月球上發(fā)電

要想在月球赤道上鋪設(shè)太陽能“腰帶”發(fā)電，現(xiàn)在所面臨的最主要問題是成本巨大，而且可能需要多個(gè)國家合作才能實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)科學(xué)家的設(shè)想，需要先發(fā)射一些太空機(jī)器人到月球上去平整場地。既然月球大氣稀薄到不可能產(chǎn)生風(fēng)，月球表面理應(yīng)比較平整。但是事實(shí)并非如此，月球上也覆蓋著厚厚的粉塵和碎石，這主要是小行星撞擊月球產(chǎn)生的。因此，利用太空機(jī)器人來平整月球場地并非一蹴而就。

另一個(gè)重要原因是太陽的力量。月球上由于大氣稀薄導(dǎo)致白天月表溫度高達(dá)150攝氏度，夜晚則低至零下150攝氏度，晝夜溫差高達(dá)300攝氏度，這樣一來，月球巖石必將因懸殊的溫差而碎裂。

在月球上發(fā)電還要從技術(shù)上解決過熱和過冷的問題。地球自轉(zhuǎn)一圈需要一天，而月球自轉(zhuǎn)一圈則需要28天，也就是說無論是月球的哪一面，白天和黑夜都是14天，長時(shí)間的高溫和低溫對(duì)太陽能電池板的材料要求很高，需要電池板具有抗高溫、耐低溫的本領(lǐng)。

另一方面，由于太陽能電池板的吸光本領(lǐng)比巖石要強(qiáng)得多，14天不間斷的強(qiáng)光照射很可能會(huì)導(dǎo)致太陽能電池溫度升高而被損壞，甚至熔化，這就需要有較強(qiáng)的冷卻設(shè)施。好在月球巖石導(dǎo)熱性差，可以通過冷卻液流過月表以下的低溫巖石來冷卻電池板，還可以依此進(jìn)行溫差發(fā)電，把劣勢(shì)轉(zhuǎn)化為優(yōu)勢(shì)。

能量傳輸問題更是月球發(fā)電必須要解決的。月球遠(yuǎn)離地球38萬千米，靠電線輸電顯然是不現(xiàn)實(shí)的，只能采用無線輸電的方式，常見的是微波輸電或激光輸電。首先要在月球建立天線直徑達(dá)幾十千米的能量發(fā)射站，接著在地球上建立若干個(gè)大功率的能量接收站。由于月球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)速度幾乎一樣，導(dǎo)致月球始終以一面對(duì)著地球。在月球的背面進(jìn)行太陽能發(fā)電，不能把電能直接發(fā)射到地球，需要用電線把電能從月球背面?zhèn)鬏數(shù)秸妗＿@也是一個(gè)十分浩大的工程。

為了對(duì)太陽能電池板、輸電線路和輸電站進(jìn)行維修，研究人員還設(shè)想在月球表面建設(shè)一條長達(dá)1萬千米的環(huán)球鐵路。在如此巨大的工程建設(shè)中，如果所有的物資都要從地球運(yùn)送上去，在百年之內(nèi)可能都算是一項(xiàng)不可能完成的任務(wù)。因此，科學(xué)家設(shè)想在月球上“就地取材”，即在月球土壤中獲取“月環(huán)計(jì)劃”所需的水、單晶硅、鐵、混凝土、氧和陶瓷等材料。

月球發(fā)電規(guī)模驚人

為月球系上一條太陽能“腰帶”，所用的太陽能電池板加起來的寬度將達(dá)400千米，長度和月球赤道一樣，將達(dá)到1萬多千米。這么龐大的太陽能發(fā)電廠產(chǎn)生的電能是十分驚人的，每年可發(fā)電13萬億度，占全球用電總量的30%以上。

現(xiàn)在有關(guān)“月環(huán)”工程的具體時(shí)間表還沒有宣布，但如果開始實(shí)施，它將是人類有史以來建造規(guī)模最大的公共工程。雖然不少人質(zhì)疑這項(xiàng)雄心勃勃的太陽能開發(fā)計(jì)劃的可行性，但是清水建筑株式會(huì)社對(duì)這個(gè)計(jì)劃充滿信心，他們?cè)诠镜木W(wǎng)站上寫道：“憑借創(chuàng)新的設(shè)計(jì)，加上先進(jìn)的太空技術(shù)，我們將會(huì)讓人類向這一夢(mèng)想邁出一大步?！?/p>

對(duì)人類來說，即使這個(gè)工程具有可行性而且能開工實(shí)施，它也將是耗時(shí)漫長、耗資巨大的工程。真的，這個(gè)工程一旦成功，人類將受益無窮。