衛(wèi)星首次成功向地球傳送太陽能，證明天基能源可信性

加州理工學院研究人員探測到來自太空的微量微波束。圖片來源：ALIHAJIMIRI

研究人員朝著實現(xiàn)一個長期夢想邁出了小而必要的一步：在太空中收集太陽能并傳回地球。6月1日，實驗搭建者、美國加州理工學院宣布，1月發(fā)射的一顆衛(wèi)星已將微波束的能量導向太空中的目標，甚至還將一部分能量發(fā)送到地球的探測器上。“以前沒有人這樣做過。”歐洲空間局（ESA）太空科學家SanjayVijendran說，“他們通過展示這種能力，為這個夢想的實現(xiàn)增加了信心。”

長期以來，可靠性一直是太空太陽能發(fā)電面臨的挑戰(zhàn)。為了產(chǎn)生與典型的燃煤或核電站一樣多的電力，衛(wèi)星需要覆蓋方圓數(shù)公里的收集區(qū)域，需要數(shù)百次發(fā)射和在軌組裝。美國宇航局在20世紀70年代能源危機期間策劃了一次任務(wù)，但以當時的技術(shù)，這項由航天飛機搭載衛(wèi)星升空并由宇航員組裝的任務(wù)將耗資1萬億美元。從那以后，就很少有人提及了。

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如今，太空發(fā)生了變化。太陽能電池和微波光束更便宜、更高效。組裝機器人將很快進入軌道，SpaceX等公司已經(jīng)大幅削減了發(fā)射成本。ESA和英國政府最近委托有關(guān)機構(gòu)進行的研究表明，大型軌道發(fā)電機很快就能以與地面核電站相當?shù)某杀景l(fā)電。

加州理工學院的這項任務(wù)旨在更進一步開發(fā)輕便、廉價和靈活的部件。微波發(fā)射器是一個由32個平面天線組成的陣列，排列在比餐盤稍大的表面上。通過改變發(fā)送到不同天線的信號的時間，研究人員可以控制陣列的波束。他們把它對準一對微波接收器，然后隨意將光束從一個接收器切換到另一個接收器，并點亮每個接收器上的LED。

微波發(fā)射器的發(fā)射功率很小，只有200毫瓦，比手機攝像頭的光還暗。但該團隊仍然能夠?qū)⑽⒉ㄊ虻厍颍⒂媒邮掌魈綔y到它。“這是一個概念驗證。”加州理工學院電氣工程師AliHajimiri說，“它表明了整個系統(tǒng)可以做什么。”

加州理工學院的航天器還有兩個計劃中的實驗。其中一個正在測試32種不同的太陽能電池，看哪一種能耐得住嚴酷的太空環(huán)境。第二個是一塊折疊的超輕復(fù)合材料，它將展開成為一個兩米寬的帆狀結(jié)構(gòu)。雖然帆上不會安裝任何太陽能電池，但它旨在測試未來發(fā)電站所需的輕薄、靈活的大型裝備。

人們對太空太陽能的興趣似乎越來越大。ESA今年委托有關(guān)機構(gòu)進行了兩項關(guān)于軌道發(fā)電站潛在結(jié)構(gòu)的研究。Vijendran說，能源供應(yīng)公司已經(jīng)加入了這項工作。日本京都大學團隊上個月宣布，他們將與日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)合作，在軌道上測試電力傳輸。

日本電氣工程師NaokiShinohara說，他很高興聽到加州理工學院取得成功的消息，“但同時我也很失望，因為日本人的目標是在2025年進行世界上第一個（無線電力傳輸）衛(wèi)星實驗”。

初創(chuàng)公司VirtusSolisTechnologies也一直在測試電力傳輸，并計劃在2026年將一個試點工廠送入軌道。該公司首席執(zhí)行官JohnBucknell表示，打算在10年內(nèi)向客戶提供商業(yè)電力。“太空太陽能利用技術(shù)是唯一一種清潔、可靠、可擴展的能源技術(shù)，是實現(xiàn)零碳排放的可靠途徑。”

（原標題《衛(wèi)星首次成功向地球傳送太陽能證明天基能源可信性》）

（來源：文樂樂/中國科學報）