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收集太阳能的卫星
发布时间:2025-11-04
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随着人类生活电气化程度不断提升,以及大数据与人工智能技术迅猛发展,全球能源需求正以前所未有的速度增长。风能、太阳能等地面可再生能源固然重要,但它们具有间歇性,且需要占用广阔的土地资源。在这样的背景下,天基太阳能(SBSP)或将成为一条通往真正清洁、富足能源未来的新路径。

  据世界经济论坛官网近日报道,随着发射成本下降与规模化制造技术的进步,天基太阳能在技术和经济层面已具备可行性,有望成为一种丰富且可持续的新能源。当然,要将这一愿景变为现实,仍需克服一些关键技术障碍,例如进一步降低发射成本、提升向地球传输电力的效率等。

  风力与太阳能发电受天气、环境等因素影响较大。例如,地面太阳能易受云层遮蔽,因此供应不稳定;而传统核电站会产生放射性废料,带来污染风险。相比之下,太空中的阳光强度高出地面5—10倍,不仅能量充沛,还能提供持续、洁净的电力。

  天基太阳能是一套部署于地球轨道的发电系统。它通过太阳能电池板收集能量,再以无线方式传回地面的接收天线。这一构想最早由美国科学家彼得·格拉泽在1968年提出:将大型太阳能卫星部署在距地球约36000公里的静止轨道上,使其全天候沐浴在阳光中。随后,这些持续不断的太阳能被转化为微波,发射至地面接收站。这些微波本身是安全的,其峰值强度约为230W/m2,相当于正午阳光强度的1/4。

  早在20世纪70年代,天基太阳能就被认为在技术上可行。直到近十年来,随着发射成本下降与规模化制造技术的突破,它才真正具备了经济可行性。

  天基太阳能的优势十分显著:能提供稳定可靠的基载电力——这种持续性过去只能依靠化石能源或核能实现。此外,太空中更高的光照强度,也使天基太阳能板单位面积发电效率远超地面,从而节约大量土地资源。美国国家航空航天局最近的一项研究甚至预测,一种天基太阳能模型能在一年99%的时间内发电。

  这种高能量密度也有望大幅降低材料消耗,不仅使其更具可持续性,也有助于缓解资源压力。同时,天基太阳能具备高度灵活的调度能力。每颗卫星可覆盖地球1/4的区域,几乎能实现洲际电力的瞬时传输,犹如太空中一座高效的“能源互联枢纽”。研究表明,天基太阳能有望以极具竞争力的成本,满足人类大部分能源需求。
  尽管天基太阳能前景广阔,但要实现这一宏伟蓝图,仍需在多个关键技术领域实现突破。

  首先便是发射成本难题。虽然全球卫星发射成本持续走低,但欧洲空间局表示,建设国际空间站尚需数十次发射,规模更大的天基太阳能空间站所需发射次数将更为惊人。值得期待的是,可重复使用火箭技术的成熟正显著改善太空经济性,为天基太阳能商业化之路注入强劲动能。

其次,技术挑战同样不容小觑。目前虽已实现数公里距离的无线传能,但要将千兆瓦级电力高效稳定地传回地面,仍面临重大技术瓶颈。与此同时,如何在太空中利用自主机器人精准组装、维护巨型空间结构,也成为亟待攻克的技术难关。