當(dāng)科幻成為現(xiàn)實(shí):去太空建發(fā)電站

編譯 徐寧

一個(gè)技術(shù)非常發(fā)達(dá)的文明社會(huì)如何獲取能源？1960 年，美國(guó)物理學(xué)家戴森提出了一種科幻假設(shè)：營(yíng)造一個(gè)直徑數(shù)億千米、將恒星完全包裹在其內(nèi)部的巨型球體（即所謂的戴森球），這樣就能完全利用其所在恒星系的恒星聚變能。戴森球的概念提出后僅8 年，科學(xué)家就提出了更實(shí)際的空間太陽(yáng)能電站構(gòu)想，即利用衛(wèi)星將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，再通過(guò)無(wú)線能量傳輸方式傳輸?shù)降孛娴墓╇娤到y(tǒng)。

太空有大量太陽(yáng)能資源

在地面上不也能建造太陽(yáng)能發(fā)電站嗎？既然如此，為何非得舍近求遠(yuǎn)，去太空修建太陽(yáng)能發(fā)電站呢？這是因?yàn)?，太空電站的發(fā)電效率實(shí)在太有吸引力了。在距離地面3.6 萬(wàn)千米的地球靜止軌道，一平方米的光伏發(fā)電面板的發(fā)電功率高達(dá)14千瓦，是相同設(shè)備在地面發(fā)電功率的二三十倍。

地球接收到的太陽(yáng)能只占太陽(yáng)輻射到宇宙空間的總能量的約二十二億分之一，即便是如此小比例的太陽(yáng)能，總功率也高達(dá)173 萬(wàn)億千瓦。地球每秒接收的太陽(yáng)能相當(dāng)于4100 萬(wàn)噸TNT 烈性炸藥爆炸產(chǎn)生的能量。不過(guò)，太陽(yáng)的能量在到達(dá)地面前，大部分已經(jīng)被大氣反射、散射掉了。如果要高效接收陽(yáng)光，太空是比較理想的電站選址。據(jù)估算，太空中僅2 平方千米的光伏面板的發(fā)電功率就相當(dāng)于三峽水電站的裝機(jī)容量。并且，空間太陽(yáng)能電站還不受晝夜交替影響，全天可發(fā)電時(shí)間接近24 小時(shí)（除去被地球陰影遮擋的時(shí)間），這進(jìn)一步拉開(kāi)了空間太陽(yáng)能電站和地面光伏電站的差距。

電能怎么傳到地面？

把發(fā)出的電輸送回地面，是建立空間太陽(yáng)能電站面臨的一大難題。

最早設(shè)想無(wú)線輸電的是特斯拉。他提出將地球作為內(nèi)導(dǎo)體，把地球電離層作為外導(dǎo)體，利用環(huán)繞地球表面的電磁波來(lái)傳輸能量。1899 年，他進(jìn)行了大型的無(wú)線輸電試驗(yàn)。不過(guò)，他沒(méi)有考慮到潮濕的地面及海水帶來(lái)的巨大傳輸損耗，這套方案因?yàn)閭鬏斝蔬^(guò)低而未能落地。

1968 年，科學(xué)家設(shè)想在太空建造太陽(yáng)能電站，并通過(guò)相應(yīng)的裝置將光伏面板轉(zhuǎn)化的直流電以微波或激光的形式，傳輸?shù)轿挥诘乇淼慕邮照?，接收站再將能量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電能，并輸入電網(wǎng)。微波能順利穿透云霧，不受天氣限制地向地球輸電。

不久就能用上“太空電”

由于技術(shù)和資金等問(wèn)題，空間太陽(yáng)能電站的研發(fā)工作一度停滯。近年來(lái)，在化石能源危機(jī)和化石能源燃燒引起氣候變化的雙重壓力下，不少發(fā)達(dá)國(guó)家又重新投入資金和人力，開(kāi)展空間太陽(yáng)能電站關(guān)鍵技術(shù)研究。2007 年，美國(guó)科學(xué)家宣布，他們利用無(wú)線輸電技術(shù)，成功點(diǎn)亮了一個(gè)距離電源2 米的60 瓦特?zé)襞荨?008 年，日、美科學(xué)家共同實(shí)現(xiàn)了140 千米、20 瓦特的長(zhǎng)距離無(wú)線供電。

我國(guó)也早就建成了兩個(gè)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)基地。其中一個(gè)是重慶璧山空間太陽(yáng)能電站實(shí)驗(yàn)基地（簡(jiǎn)稱(chēng)璧山基地），另一個(gè)是西安 “全鏈路空間太陽(yáng)能電站地面驗(yàn)證系統(tǒng)”。

璧山基地的初期實(shí)驗(yàn)工作是搭建一個(gè)能夠升空500 米的氣球陣，其上配有光伏發(fā)電面板和微波輸電設(shè)備，目的是在低空驗(yàn)證空間太陽(yáng)能電站的可行性。預(yù)計(jì)到2025 年，璧山基地能夠接收平流層電站（距離地表22 千米）傳回的能量。

空間太陽(yáng)能電站的最終目標(biāo)是為地面設(shè)施提供靈活、廉價(jià)的電力，其中不僅包括傳統(tǒng)供電網(wǎng)難以覆蓋的偏遠(yuǎn)山區(qū)、海島和斷電災(zāi)區(qū)，還包括在地面快速移動(dòng)的電動(dòng)汽車(chē)。中國(guó)空間探測(cè)科學(xué)家龐之浩表示，如果我國(guó)建成空間太陽(yáng)能電站，公路上行駛的電動(dòng)車(chē)或能隨時(shí)隨地充電，不再有“趴窩”之憂。

同時(shí)，空間太陽(yáng)能電站能為航天器供電，未來(lái)的衛(wèi)星等航天器也許可以擺脫碩大的太陽(yáng)能電池翼。不僅如此，空間太陽(yáng)能電站在未來(lái)還能助力更多的深空探測(cè)任務(wù)，為此類(lèi)任務(wù)提供能源。

面對(duì)日漸緊迫的能源危機(jī)，以及使用化石能源導(dǎo)致的溫室效應(yīng)、環(huán)境污染等問(wèn)題，世界各國(guó)都在積極尋找方便、清潔的新能源。在可控核聚變投入使用之前，太陽(yáng)能將是解決能源問(wèn)題的重要出路，而發(fā)展空間太陽(yáng)能電站則是高效利用太陽(yáng)能的有效途徑之一?；剂先紵a(chǎn)生的大量碳排放引起全球氣候變暖，臺(tái)風(fēng)、龍卷風(fēng)等惡劣氣象的發(fā)生頻率也隨之升高。龐之浩解釋說(shuō)，空間太陽(yáng)能電站的巨大能量可以擾亂臺(tái)風(fēng)等熱帶氣旋的溫度分布，破壞其形成過(guò)程，相當(dāng)于收拾化石燃料燃燒造成的“爛攤子”。

空間太陽(yáng)能電站能為地面設(shè)施和航天器提供源源不斷的能源