天基太陽(yáng)能開(kāi)啟清潔能源新賽道

隨著(zhù)人類(lèi)生活電氣化程度不斷提升，以及大數據與人工智能技術(shù)迅猛發(fā)展，全球能源需求正以前所未有的速度增長(cháng)。風(fēng)能、太陽(yáng)能等地面可再生能源固然重要，但它們具有間歇性，且需要占用廣闊的土地資源。在這樣的背景下，天基太陽(yáng)能(SBSP)或將成為一條通往真正清潔、富足能源未來(lái)的新路徑。

據世界經(jīng)濟論壇官網(wǎng)近日報道，隨著(zhù)發(fā)射成本下降與規?；圃旒夹g(shù)的進(jìn)步，天基太陽(yáng)能在技術(shù)和經(jīng)濟層面已具備可行性，有望成為一種豐富且可持續的新能源。當然，要將這一愿景變?yōu)楝F實(shí)，仍需克服一些關(guān)鍵技術(shù)障礙，例如進(jìn)一步降低發(fā)射成本、提升向地球傳輸電力的效率等。

優(yōu)勢多且前景廣

風(fēng)力與太陽(yáng)能發(fā)電受天氣、環(huán)境等因素影響較大。例如，地面太陽(yáng)能易受云層遮蔽，因此供應不穩定;而傳統核電站會(huì )產(chǎn)生放射性廢料，帶來(lái)污染風(fēng)險。相比之下，太空中的陽(yáng)光強度高出地面5—10倍，不僅能量充沛，還能提供持續、潔凈的電力。

天基太陽(yáng)能是一套部署于地球軌道的發(fā)電系統。它通過(guò)太陽(yáng)能電池板收集能量，再以無(wú)線(xiàn)方式傳回地面的接收天線(xiàn)。這一構想最早由美國科學(xué)家彼得·格拉澤在1968年提出：將大型太陽(yáng)能衛星部署在距地球約36000公里的靜止軌道上，使其全天候沐浴在陽(yáng)光中。隨后，這些持續不斷的太陽(yáng)能被轉化為微波，發(fā)射至地面接收站。這些微波本身是安全的，其峰值強度約為230W/m2，相當于正午陽(yáng)光強度的1/4。

早在20世紀70年代，天基太陽(yáng)能就被認為在技術(shù)上可行。直到近十年來(lái)，隨著(zhù)發(fā)射成本下降與規?；圃旒夹g(shù)的突破，它才真正具備了經(jīng)濟可行性。

天基太陽(yáng)能的優(yōu)勢十分顯著(zhù)：能提供穩定可靠的基載電力——這種持續性過(guò)去只能依靠化石能源或核能實(shí)現。此外，太空中更高的光照強度，也使天基太陽(yáng)能板單位面積發(fā)電效率遠超地面，從而節約大量土地資源。美國國家航空航天局最近的一項研究甚至預測，一種天基太陽(yáng)能模型能在一年99%的時(shí)間內發(fā)電。

這種高能量密度也有望大幅降低材料消耗，不僅使其更具可持續性，也有助于緩解資源壓力。同時(shí)，天基太陽(yáng)能具備高度靈活的調度能力。每顆衛星可覆蓋地球1/4的區域，幾乎能實(shí)現洲際電力的瞬時(shí)傳輸，猶如太空中一座高效的“能源互聯(lián)樞紐”。研究表明，天基太陽(yáng)能有望以極具競爭力的成本，滿(mǎn)足人類(lèi)大部分能源需求。

多國競相布局

一場(chǎng)圍繞可持續能源的“太空競賽”已經(jīng)拉開(kāi)帷幕，世界各國與私營(yíng)企業(yè)正紛紛加大對天基太陽(yáng)能的投入。

2023年8月，美國加州理工學(xué)院的天基太陽(yáng)能演示原型實(shí)現首次太空無(wú)線(xiàn)能量傳輸。該原型通過(guò)名為MAPLE的輕型微波發(fā)射器，在太空中完成太陽(yáng)能采集與傳輸，不僅點(diǎn)亮了一對LED燈，更將能量傳回地面——加州理工學(xué)院戈登和貝蒂·摩爾工程實(shí)驗室屋頂的接收器準確捕捉到了這份“天外饋贈”。

中國也在穩步推進(jìn)千米級陣列建設目標，計劃于2028年實(shí)現突破。目前，重慶“天基太陽(yáng)能電站實(shí)驗基地”與西安“全鏈路地面演示驗證系統”兩大平臺已啟動(dòng)建設。其中西安系統于2022年6月完成全鏈路能量轉換傳輸實(shí)驗，實(shí)現55米垂直距離微波輸能，發(fā)射功率超2千瓦。根據中國科學(xué)院發(fā)布的技術(shù)路線(xiàn)圖，中國有望在2030—2050年間建成首套商業(yè)化空間太陽(yáng)能發(fā)電系統。

歐洲空間局于2023年1月啟動(dòng)SOLARIS預先研發(fā)計劃，計劃3年內投入6000萬(wàn)歐元攻關(guān)太陽(yáng)能電池、能量轉換器、空間機器人等核心技術(shù)，為2025年后開(kāi)展在軌驗證鋪平道路。

英國也躋身天基太陽(yáng)能“玩家”行列。據英國科技新聞網(wǎng)站今年4月28日報道，英國的“恒定孔徑、固態(tài)集成、軌道相控陣列”(CASSIOPeiA)概念已被政府采納，作為天基太陽(yáng)能發(fā)電廠(chǎng)演示項目的起點(diǎn)。參與該項目的幾家公司計劃6年內交付商業(yè)系統。英國還成立了由90多個(gè)工業(yè)、學(xué)術(shù)機構和政府組織組成的太空能源倡議，加速推進(jìn)天基太陽(yáng)能發(fā)展。

日本將天基太陽(yáng)能列為重點(diǎn)發(fā)展方向，持續開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)驗證。2024年12月，日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機構與航天系統公司成功完成空地長(cháng)距離微波輸能實(shí)驗：搭載發(fā)射器的飛機在7000米高空向地面精準傳輸微波，部署于地面的13臺接收設備均成功捕獲能量。

諸多技術(shù)亟待攻關(guān)

盡管天基太陽(yáng)能前景廣闊，但要實(shí)現這一宏偉藍圖，仍需在多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域實(shí)現突破。

首先便是發(fā)射成本難題。雖然全球衛星發(fā)射成本持續走低，但歐洲空間局表示，建設國際空間站尚需數十次發(fā)射，規模更大的天基太陽(yáng)能空間站所需發(fā)射次數將更為驚人。值得期待的是，可重復使用火箭技術(shù)的成熟正顯著(zhù)改善太空經(jīng)濟性，為天基太陽(yáng)能商業(yè)化之路注入強勁動(dòng)能。

其次，技術(shù)挑戰同樣不容小覷。目前雖已實(shí)現數公里距離的無(wú)線(xiàn)傳能，但要將千兆瓦級電力高效穩定地傳回地面，仍面臨重大技術(shù)瓶頸。與此同時(shí)，如何在太空中利用自主機器人精準組裝、維護巨型空間結構，也成為亟待攻克的技術(shù)難關(guān)。