微波無(wú)線輸電新突破推動(dòng)太空發(fā)電成為可能

王萍　胡勝龍　崔舜華　楊錦寧

【摘要】日本在微波無(wú)線輸電技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)了新的突破，這意味著人類可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、中長(zhǎng)距離的無(wú)線輸電，同時(shí)也推動(dòng)了太空太陽(yáng)能發(fā)電輸送到地球這一設(shè)想的實(shí)現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】無(wú)線輸電；微波；空間電站

引言

隨著地球自然能源的日趨枯竭，為解決能源危機(jī)、實(shí)現(xiàn)能源的高效利用，新能源的開發(fā)迫在眉睫。仰望蒼穹，在浩瀚的銀河系有著能量巨大的太陽(yáng)，與地面上所能接收的能量恰恰相反，太空中建立空間電站其能量的接收效率極高，且由于太陽(yáng)能是一種清潔環(huán)保的可再生能源，這對(duì)地球的環(huán)境危機(jī)無(wú)疑是一大福音。正因如此，相關(guān)的科學(xué)研究也在如火如荼地開展著。

2015年3月，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）宣布，研究人員利用微波，將1.8千瓦電力以無(wú)線方式（1.8千瓦電力足以用來(lái)啟動(dòng)一個(gè)電熱水壺），精準(zhǔn)地傳輸?shù)?5米距離外的一個(gè)接收裝置。盡管傳輸距離不算太遠(yuǎn)，但消息一經(jīng)發(fā)出，便引發(fā)人們的廣泛關(guān)注。

次日，日本三菱重工也宣布，科研人員將10千瓦電力轉(zhuǎn)換成微波后輸送，其中部分電能成功點(diǎn)亮了500米外接收裝置上的LED燈，成為迄今為止日本成功實(shí)驗(yàn)中距離最長(zhǎng)、電力最大的一次。

日本在微波無(wú)線輸電技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)了新的突破，這意味著人類可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、中長(zhǎng)距離的無(wú)線輸電，同時(shí)也推動(dòng)了太空太陽(yáng)能發(fā)電輸送到地球這一設(shè)想的實(shí)現(xiàn)。

微波無(wú)線輸電發(fā)展

早在1899年，無(wú)線電之父尼古拉·特斯拉就運(yùn)用“特斯拉線圈”驗(yàn)證了無(wú)線電波傳輸電力的理論，這一實(shí)驗(yàn)是通過(guò)電磁波發(fā)生器（由線圈構(gòu)成）發(fā)射無(wú)線電波作為能量，并利用接收器（另一個(gè)連有燈泡作為負(fù)載的線圈）接收能量，線圈上的燈泡被點(diǎn)亮。這就是最初的無(wú)線輸電實(shí)驗(yàn)，從那時(shí)起無(wú)線輸電這一理論誕生了。

20世紀(jì)60年代美國(guó)雷聲（Raytheon）公司的布朗（W.C.Brown）研制出第一個(gè)微波整流天線，之后該公司還設(shè)計(jì)出一架靠微波提供能量的直升飛機(jī)，該公司還相繼進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，做了大量無(wú)線輸電的研究工作，奠定了無(wú)線輸電的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

從那時(shí)起，人們對(duì)于無(wú)線輸電技術(shù)的興趣大大提高，科學(xué)家們也積極地對(duì)此進(jìn)行理論研究。1975年在美國(guó)宇航局的支持下，展開了無(wú)線輸電地面試驗(yàn)的五年計(jì)劃。

1995年，日本科學(xué)家在日本兵庫(kù)縣利用微波成功將5千瓦電力傳輸了50米的距離，在世界上首次實(shí)現(xiàn)了電力的無(wú)電纜輸送。

時(shí)至今日，日本在微波無(wú)線輸電方面取得的新進(jìn)展，再次引發(fā)了無(wú)線電力傳輸技術(shù)的廣泛關(guān)注。

無(wú)線輸電技術(shù)應(yīng)用于空間電站

歷史上，多個(gè)國(guó)家都對(duì)空間太陽(yáng)能電站進(jìn)行過(guò)研究，同時(shí)1977年美國(guó)航空航天局的衛(wèi)星動(dòng)力系統(tǒng)方案研究和論證計(jì)劃成為將微波電力傳輸和空間太陽(yáng)能電站相結(jié)合的一個(gè)重要里程碑。

但對(duì)于空間電站這一設(shè)想真正列入國(guó)家計(jì)劃并正式開展研制的，迄今為止只有日本1個(gè)國(guó)家。這也是由于日本是一個(gè)能源高度依賴進(jìn)口的國(guó)家，所以才會(huì)將電力能源的索取地轉(zhuǎn)向太空。

在太空中我們可以利用月球上豐富的SiO2資源，制造太陽(yáng)能電池，將太陽(yáng)能電站建在月球上，再借助豐富的太陽(yáng)能資源進(jìn)行發(fā)電。然而發(fā)電容易輸電難，所以無(wú)線輸電技術(shù)成為支持空間電站有效利用的必需技術(shù)。

太空發(fā)電發(fā)展前景

事物都有其兩面性，每一項(xiàng)新技術(shù)的誕生必然會(huì)惠及人類，同時(shí)也會(huì)隨之帶來(lái)一些困擾。

安全方面，當(dāng)來(lái)自空間電站的電能通過(guò)微波輸送到地球，較強(qiáng)的微波對(duì)人類和其他生物會(huì)產(chǎn)生影響，所以微波的強(qiáng)度會(huì)被限制，從而會(huì)限制到微波的傳輸功率。環(huán)境保護(hù)方面，當(dāng)?shù)孛娼ㄔO(shè)大量微波接受裝置時(shí)，設(shè)備工作持續(xù)接受微波可能產(chǎn)生熱島效應(yīng)。微波對(duì)于日常中的通信等會(huì)造成一定影響。[1]還有我們需要考慮這一技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和可行性，這些也和我們現(xiàn)在的科技水平相關(guān)聯(lián)，隨著時(shí)代的發(fā)展有些問(wèn)題也會(huì)得到相應(yīng)的解決。

當(dāng)然我們既然要發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)必然有其價(jià)值意義。首當(dāng)其沖的必然是能源問(wèn)題，空間太陽(yáng)能電站系統(tǒng)具有清潔無(wú)污染、可持續(xù)無(wú)間斷等優(yōu)勢(shì)，無(wú)疑是一種很好的能源解決方法，對(duì)整個(gè)傳統(tǒng)的能源架構(gòu)將會(huì)是歷史性的革命。同時(shí)，無(wú)線能量傳輸技術(shù)還可以應(yīng)用于臨近空間飛行器、空中通信中繼站、衛(wèi)星電力中繼、惡劣環(huán)境的電力供應(yīng)等領(lǐng)域。[1] 這對(duì)于人類的太空科學(xué)研究具有劃時(shí)代意義。

結(jié)論

無(wú)限能量傳輸和空間電站的概念自產(chǎn)生起就引來(lái)社會(huì)科學(xué)技術(shù)界的廣泛關(guān)注，其結(jié)合的后的可行性和價(jià)值性都得到各界深入的研究和評(píng)價(jià)。科技的發(fā)展帶給社會(huì)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)對(duì)推動(dòng)國(guó)家發(fā)展和人類文明進(jìn)步具有深遠(yuǎn)的影響。

我國(guó)正處于持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略階段，對(duì)于能源的需求也會(huì)隨著工業(yè)的進(jìn)步而不斷提高，正所謂未雨綢繆，對(duì)新技術(shù)進(jìn)行研發(fā)和探究，不僅能夠推動(dòng)世界科技進(jìn)步的步伐，對(duì)我們自己而言也將會(huì)是一項(xiàng)重大的突破。

參考文獻(xiàn)

[1]李維.空間太陽(yáng)能電站無(wú)線能量傳輸技術(shù)[J].國(guó)際太空，433：63-69.