在太空建个太阳能发电站，划算吗？(2)

“能量接收与利用终端”一般可以认为是地面的接收装置，当然也可以是飞机、卫星甚至月球上需要用电的其他终端。2007年，国际无线电科学联合会曾发布“太阳能发电卫星白皮书”，对无线能量传输和接收的技术现状进行过分析，包括微波与电离层和大气的相互作用、微波功率传输对人体健康的影响等等。总体来看，地面的微波接收装置（整流天线）周围的安全是可控的，在地表可以建造围栏等防止人员进入，在飞机上可以安装保护性的金属外壳（法拉第笼）来防止乘客受到微波光束照射，此外还需要控制微波束的功率，防止对鸟类等动物造成伤害。也有研究担心长期用微波照射电离层会产生对大气环境的其他影响，但是还没有看到显著的影响分析。

2010年，我国12位院士和百余位相关领域专家曾在中国空间技术研究院举办的空间太阳能电站技术研讨会上发布了我国空间太阳能电站发展路线图，提出到2030年建设兆瓦级小型空间太阳能试验电站的“三步走”计划：首先开展关键技术的地面及浮空器试验验证，其次开展高空超高压发电输电验证，最终开展空间无线传能试验。该路线图还提出了到2050年具备建设吉瓦级商业空间太阳能电站能力的目标。

“能量收集平台”就是在太空中收集太阳能的航天器，这些航天器可以是在各种轨道上的卫星或空间站等。收集能量的手段除了我们大多数人直观想到的太阳能电池板（光伏发电）之外，也有科学家提出在太空中利用聚焦的太阳光加热流体，然后通过流体运动的机械能实现发电的方法。还有将太阳能直接转为激光能量的技术路线。当然，更直接的方法是，把太阳光用镜面反射或聚焦到地球表面，类似于“人造月亮”。俄罗斯在20世纪90年代就开展过名为“旗帜”的一系列“人造月亮”实验，但效果不甚明显，后来没有继续深入推进研究。

一是空间太阳能属于绿色清洁和可再生的能源。如果空间太阳能电站能够成熟使用，可以克服化石能源带来的各种问题，而且不像风电、水电，对地理环境有特殊要求，也不像核电站需要消耗核燃料、有产生核污染的风险。

（2）空间太阳能电站的优缺点

二是难以组装、建设和维修。在地面维护和更换太阳能电池板是非常简单的事，但是在太空中往往需要通过遥控机器人来实现空间太阳能电站的组装和维修。此前美国曾经多次通过航天员的太空行走，实现对哈勃空间望远镜（轨道高度在570千米左右）的维修，但是如果在地球同步轨道（3.6万千米）建设和维修空间太阳能电站，其难度和风险都远远超出以往的太空维修任务。

可以想见，未来如果相关技术进一步成熟，我国从国家层面以更大的力度推进空间太阳能技术的发展是完全有可能的。

三是可实现超远距离能量传输和调度。空间太阳能电站利用无线能量传输技术，可以快速将能量聚焦传输到偏远的环境，比如海上、沙漠中等缺乏电网设施的地区。不仅如此，还可以在飞机、卫星、轮船、深空航天器甚至在其他星球上搭载接收微波能量的天线设备，让这些移动平台在需要时方便地接收来自太空的微波能量，实现“充电自由”。

但是，空间太阳能电站也面临不少困难和挑战，主要有以下三个方面：

一是装备容易受损和老化。太空环境非常复杂，环境辐射强烈，温度变化剧烈，所以发电光伏板在太空中的老化速度远远超过在地球上的速度（有计算为比地球上老化快7倍左右）。此外，空间太阳能电站需要非常庞大的体积，特别是展开的光伏板或者反射镜面等，因此更容易受到空间碎片的碰撞。

三是微波传输可能干扰通信波段。目前，典型的无线能量传输设计是利用在1到10GHz频率范围内的微波，例如常用的2.45GHz（微波炉的常用频率）或5.8GHz微波，因为该频段是大气微波传输的窗口，微波能量损耗最小。但是蓝牙、无线网络（WiFi）以及一些特殊的微波通信频率也在这个范围内，还有一些天文观测可能也会针对这个频段，这样就可能产生频谱干扰问题，需要通过管理协调。

空间太阳能电站概念图

空间太阳能电站的概念最初来自科幻小说。美国科幻小说家艾萨克·阿西莫夫在1941年发表的短篇小说《理性》里，就提到一个从太阳收集能量，并用微波束将能量传输给不同行星的空间站。

（1）什么是空间太阳能电站

文章来源：《太阳能学报》 网址: http://www.tynxbzz.cn/zonghexinwen/2022/0531/1858.html