空间太阳能发电站(艺术图)。图片来源：国际经济论坛网
加州理工学院研制出的空间太阳能电池板。图片来源：加州理工学院
科技创新国际潮
据国际经济论坛网近日报导，英国政府正考虑出资160亿英镑，制作空间太阳能电站。空间太阳能电站是英国政府“净零创新组合”项目将出资的技能之一，被视为可助英国到2050年完成净零排放的潜在办法之一。
美国加州理工学院科学家也正在开展一项具有前锋性的“空间太阳能发电项目”，而且美国海军研究实验室2020年在太空测试了太阳能模块和能量转化系统。此外，我国也在制作自己的空间太阳能发电站。
那么，太空中的太阳能发电站将如何运作，能带来哪些长处，又面临哪些应战呢?
长处多多
据国际经济论坛网报导，到2050年，全球动力需求预计将增长近50%。
坐落轨道上的空间太阳能电站一天24小时都可以接纳太阳光，因而可以持续发电，这比地球上的太阳能发电系统更具优势——后者只能在白日发电，而且受天气影响。因而，空间太阳能发电或许是协助满足全球动力部分日益增长的需求和应对全球气温上升的要害。
空间太阳能发电需求在太空搜集太阳能并将其传送到地球上。为此，空间太阳能发电系统需求一颗太阳能卫星，即一台装有太阳能电池板的巨型航天器。这些电池板可以发电，然后经过高频无线电波将能量无线传输到地球，而一种名为硅整流二极管天线的地面天线将把无线电波转换成电力，再将其传送至电网。
远景可期
使用漂浮在太空中的巨型太阳能发电站向地球发射大量能量，这听起来像科幻小说——20世纪20年代，俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基首次提出了这个设想。在很长一段时间里，它成为作家们的灵感来源。1941年著名科幻作家艾萨克·阿西莫夫宣布的短篇小说《推理》，就描述了这样一个能搜集太阳能、并经过微波向行星传递能量的空间站。
此后，基于太空的太阳能使用就成为一个长盛不衰的想法，而最近的技能进步使科学家们对其远景更为乐观。这些技能包含轻型太阳能电池、无限能量传输和太空机器人技能等。
制作空间太阳能发电站首先需求处理的是太阳能电池板的重量问题，不过，这现已经过开发超轻太阳能电池得到了处理。2017年，美国加州理工学院的研究人员提出了一个模块化发电站的规划，该发电站由数千块超轻型太阳能电池瓦组成。它是迄今为止最轻的集成多功能原型机，可以搜集阳光，将其转换成射频电能，然后以受控光束无线传输这种能量。
别的，空间太阳能电站基于模块化规划，大量太阳能组件可由机器人在轨道上拼装而成。此外，把一切这些组件运入太空难度大、本钱高，但像美国太空探索技能公司(SpaceX)这样的公司正在努力改变这种状况，其研制出的“猎鹰”火箭可重复使用，功能更强大的“星舰”火箭也行将进入要害的试飞阶段，有望大大下降空间发电本钱。
仍有应战
弗雷泽-纳什咨询公司最近的一份报告以为，英国出资100多亿英镑制作空间太阳能电站是可行的。该项目预计将从规模实验开端，2040年建成并投入使用。届时这颗太阳能卫星的直径将到达1.7公里，重约2000吨。地面天线的面积约为87平方公里。
据美国顾客新闻与商业频道网站报导，我国正在考虑制作太阳能发电站的方案，包含在2021年至2025年制作中小规模平流层太阳能电站并发电;2025年后开端大规模空间太阳能电站系统相关工作。根据有关专家组证明主张，我国应力争在未来十余年完成空间超高压发电输电及无线能量传输实验验证，完成“2030年开端制作兆瓦级空间太阳能实验电站，2050年前具备制作吉瓦级商业空间太阳能电站的能力”的中、远期目标。
但国际经济论坛网的报导指出，即便咱们成功制作了一个空间太阳能电站，其运转也面临若干实践应战，例如太空碎片或许会破坏太阳能电池板。太空碎片是废弃的运载火箭或航天器部件，它们在地球上空数百公里处漂浮，因为太空碎片以25266公里/小时的极快速度在近地轨道上飞行，因而一旦发生磕碰，或许会对卫星或航天器形成严重破坏。
另一个问题是，从太阳能卫星向地面传输能量难度很大，科学家们需求进步无线能量传输的功率，依照现有技能，搜集到的太阳能只有一小部分可到达地球。
报导还指出，空间太阳能发电能否协助英国在2050年前完成净零排放还有待观察，但虽然存在上述应战，空间太阳能发电未来仍有或许梦想成真，在全球动力供应中发挥重要作用。科技日报作者：刘霞
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