北京時(shí)間 11 月 27 日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，巨大的太陽(yáng)能發(fā)電站漂浮在太空，將無(wú)數(shù)能量輻射到地球。這個(gè)概念，聽(tīng)起來(lái)像是科幻小說(shuō)中的場(chǎng)景，其實(shí)是由俄羅斯科學(xué)家康斯坦丁 · 齊奧爾科夫斯基在上世紀(jì)二十年代首次提出。一直以來(lái)，它也確實(shí)是許多科幻作者的靈感來(lái)源。
但是，一個(gè)世紀(jì)后，科學(xué)家為實(shí)現(xiàn)這個(gè)概念已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步。歐洲航天局已經(jīng)意識(shí)到這些工作的潛力，同時(shí)也在為這些項(xiàng)目尋求資金，并預(yù)測(cè)我們從太空獲得的第一種工業(yè)資源將是 “光束能量”。
氣候變化是我們這個(gè)時(shí)代面臨的最大挑戰(zhàn)，因此風(fēng)險(xiǎn)也非常之大。從全球溫度上升到氣候模式改變，氣候變化已經(jīng)影響到全世界的每一個(gè)人?？朔@一挑戰(zhàn)需要我們徹底改變生產(chǎn)和消耗能源的方式。
最近幾年，可再生能源技術(shù)發(fā)展迅速，效率更高、成本也更低。但是采用可再生能源的一個(gè)主要障礙在于，它們無(wú)法持續(xù)提供能量。風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)和太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)只有在風(fēng)使勁吹或太陽(yáng)當(dāng)空照的時(shí)候才能產(chǎn)生能量，但我們每一天每一小時(shí)都需用電。因此，我們?cè)谄占翱稍偕茉粗?，首先得找到一種大規(guī)模存儲(chǔ)能量的辦法。
解決這個(gè)難題的一個(gè)可行辦法或許是在太空中產(chǎn)生太陽(yáng)能。這種方式有很多優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)太空太陽(yáng)能發(fā)電站可以一天 24 小時(shí)面朝太陽(yáng)運(yùn)行。地球的大氣層也會(huì)吸收并反射部分太陽(yáng)光。所以，大氣層上方的太陽(yáng)能電池可以接收更多太陽(yáng)光并產(chǎn)生更多能量。
但是問(wèn)題又來(lái)了：我們?cè)撊绾谓M裝、發(fā)射和部署如此龐大的結(jié)構(gòu)呢?單個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電站的面積可能至少要達(dá)到 10 平方公里，相當(dāng)于 1400 個(gè)足球場(chǎng)那么大。其次，使用輕型材料也至關(guān)重要，因?yàn)閷脮r(shí)最大的成本將是用火箭將發(fā)電站送入太空。
一個(gè)建議的解決方案是開(kāi)發(fā)成千上萬(wàn)個(gè)小的衛(wèi)星。這些衛(wèi)星聚集在一起，通過(guò)配置可以組裝成一個(gè)大型的太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)。2017 年，加州理工學(xué)院的研究人員曾提出過(guò)模塊化發(fā)電站的設(shè)計(jì)。該發(fā)電站由數(shù)千個(gè)超輕太陽(yáng)能電池塊組成。研究人員還展示了一塊每平方米僅 280 克的原型電池塊。
最近，制造業(yè)的發(fā)展成果——如 3D 打印等，也有望用于太空太陽(yáng)能發(fā)電站的開(kāi)發(fā)。在利物浦大學(xué)，研究人員正在探索新的制造工藝，以將超輕太陽(yáng)能電池打印到太陽(yáng)能帆上。這個(gè)太陽(yáng)能帆是一種可折疊、輕便又具有高反射率的薄膜，可以利用太陽(yáng)的輻射壓力作用，推動(dòng)航天器前進(jìn)，而不再需要燃料。研究人員也在探索如何將太陽(yáng)能電池嵌入太陽(yáng)能帆結(jié)構(gòu)上，以制造大型、無(wú)需燃料的太陽(yáng)能發(fā)電站。
這些方法可以幫助我們?cè)谔罩薪ㄔ彀l(fā)電站。事實(shí)上，未來(lái)有一天，我們或許可以在國(guó)際空間站或未來(lái)的繞月球軌道運(yùn)行的門戶站制造和部署發(fā)電站裝置。
可能還不至于此。盡管我們目前依賴地球上的材料來(lái)制造發(fā)電站，但科學(xué)家也在考慮利用太空中的資源(如月球上發(fā)現(xiàn)的材料)直接開(kāi)展加工制造工作。
上述問(wèn)題解決后，剩下一個(gè)主要挑戰(zhàn)是如何將能源傳輸回地球。當(dāng)前的計(jì)劃是將太陽(yáng)能電池中的電能轉(zhuǎn)換為能量波，然后用電磁場(chǎng)將能量波傳輸給地球表面的天線。天線進(jìn)而將能量波變回電能。日本航空航天局的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)了幾種設(shè)計(jì)，并演示了一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)這些功能的軌道系統(tǒng)。
即便如此，在這個(gè)領(lǐng)域我們還有許多工作要做。但我們的目標(biāo)是，太空中的太陽(yáng)能發(fā)電站將在未來(lái)數(shù)十年成為可能。中國(guó)的研究人員已經(jīng)設(shè)計(jì)了一個(gè)名為歐米伽(Omega)的系統(tǒng)，預(yù)期可以到 2050 年投入使用。該系統(tǒng)在最佳性能狀態(tài)下，可以向地球電網(wǎng)提供 2GW 的電力。如果是在地球上用太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生這么多電能的話，那將需要 600 多萬(wàn)塊太陽(yáng)能電池板。
但是，諸如為月球登陸器供電而設(shè)計(jì)的更小的太陽(yáng)能衛(wèi)星，可以更早地投入使用。如今，全球科學(xué)界都在投入大量時(shí)間和精力，來(lái)開(kāi)發(fā)太空太陽(yáng)能發(fā)電站。我們希望，終有一天，它們可以成為我們應(yīng)對(duì)氣候變化的重要工具。
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