北京時間 11 月 27 日消息，據(jù)國外媒體報道，巨大的太陽能發(fā)電站漂浮在太空，將無數(shù)能量輻射到地球。這個概念，聽起來像是科幻小說中的場景，其實是由俄羅斯科學家康斯坦丁 · 齊奧爾科夫斯基在上世紀二十年代首次提出。一直以來，它也確實是許多科幻作者的靈感來源。

但是，一個世紀后，科學家為實現(xiàn)這個概念已經(jīng)取得了巨大的進步。歐洲航天局已經(jīng)意識到這些工作的潛力，同時也在為這些項目尋求資金，并預測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時代面臨的最大挑戰(zhàn)，因此風險也非常之大。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人。克服這一挑戰(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主要障礙在于，它們無法持續(xù)提供能量。風力發(fā)電場和太陽能發(fā)電場只有在風使勁吹或太陽當空照的時候才能產(chǎn)生能量，但我們每一天每一小時都需用電。因此，我們在普及可再生能源之前，首先得找到一種大規(guī)模存儲能量的辦法。

解決這個難題的一個可行辦法或許是在太空中產(chǎn)生太陽能。這種方式有很多優(yōu)點。一個太空太陽能發(fā)電站可以一天 24 小時面朝太陽運行。地球的大氣層也會吸收并反射部分太陽光。所以，大氣層上方的太陽能電池可以接收更多太陽光并產(chǎn)生更多能量。

但是問題又來了：我們該如何組裝、發(fā)射和部署如此龐大的結(jié)構(gòu)呢？單個太陽能發(fā)電站的面積可能至少要達到 10 平方公里，相當于 1400 個足球場那么大。其次，使用輕型材料也至關重要，因為屆時最大的成本將是用火箭將發(fā)電站送入太空。

一個建議的解決方案是開發(fā)成千上萬個小的衛(wèi)星。這些衛(wèi)星聚集在一起，通過配置可以組裝成一個大型的太陽能發(fā)電機。2017 年，加州理工學院的研究人員曾提出過模塊化發(fā)電站的設計。該發(fā)電站由數(shù)千個超輕太陽能電池塊組成。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能發(fā)電站的開發(fā)。在利物浦大學，研究人員正在探索新的制造工藝，以將超輕太陽能電池打印到太陽能帆上。這個太陽能帆是一種可折疊、輕便又具有高反射率的薄膜，可以利用太陽的輻射壓力作用，推動航天器前進，而不再需要燃料。研究人員也在探索如何將太陽能電池嵌入太陽能帆結(jié)構(gòu)上，以制造大型、無需燃料的太陽能發(fā)電站。

這些方法可以幫助我們在太空中建造發(fā)電站。事實上，未來有一天，我們或許可以在國際空間站或未來的繞月球軌道運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制造發(fā)電站，但科學家也在考慮利用太空中的資源（如月球上發(fā)現(xiàn)的材料）直接開展加工制造工作。

上述問題解決后，剩下一個主要挑戰(zhàn)是如何將能源傳輸回地球。當前的計劃是將太陽能電池中的電能轉(zhuǎn)換為能量波，然后用電磁場將能量波傳輸給地球表面的天線。天線進而將能量波變回電能。日本航空航天局的研究人員已經(jīng)開發(fā)了幾種設計，并演示了一個可以實現(xiàn)這些功能的軌道系統(tǒng)。

即便如此，在這個領域我們還有許多工作要做。但我們的目標是，太空中的太陽能發(fā)電站將在未來數(shù)十年成為可能。中國的研究人員已經(jīng)設計了一個名為歐米伽（Omega）的系統(tǒng)，預期可以到 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能電池板產(chǎn)生這么多電能的話，那將需要 600 多萬塊太陽能電池板。

但是，諸如為月球登陸器供電而設計的更小的太陽能衛(wèi)星，可以更早地投入使用。如今，全球科學界都在投入大量時間和精力，來開發(fā)太空太陽能發(fā)電站。我們希望，終有一天，它們可以成為我們應對氣候變化的重要工具。

責任編輯：PSY