綜合人民網10月6日消息：太空太陽能電站是利用衛星技術，在太空把太陽能轉化成電能，然后以某種方式傳回地球供人類使用的系統。一旦建成，就成為一種“取之不盡”的潔凈能源。我國“神七”的“太空漫步”試驗，從長遠來看，太空行走是我國從太空獲取能源的關鍵技術步驟。

    太空太陽能電站——是人類獲取能源的主要方向

    在軍事領域，太陽能對軍用航天器具有不可替代的作用。以應用衛星為主的航天系統在通信、導航定位、預警、軍事氣象等諸多方面都有著不可替代的作用，在未來戰爭中更將成為決定勝負的舉足輕重的因素。然而，這些擔負軍事任務的航天器(衛星、飛船、空間站、航天飛機等航天器)不可須臾離開電能來維持其正常工作。由于航天器本身自帶的電池遲早要耗盡，因此太陽能就成為航天器得以正常工作的不可缺少的能源。美國國家安全太空辦公室(NSSO)則對太空太陽能的軍事用途感興趣。太空發電站傳輸回地球的微波束較為集中，因此如果給戰場上的士兵配發接收天線，他們就能隨時用微波對設備充電。另外，太空太陽能也能為邊遠地區的軍事基地提供便利。而在這些地區，傳統供電方式每度電的成本在1美元以上。

    在宇宙空間，太陽光線不會被大氣減弱，太陽光的輻射能量十分穩定。因而在靜止軌道上建設的太陽能電站，一年有99%的時間是白天，其利用效率比在地面上要高出6~15倍。再有太空太陽能電站的發電系統相對來說比地面簡單，而且在無重量、高真空的宇宙環境中，對設備構件的強度要求也不太高。

    隨著全球變暖和能源短缺問題日益緊迫，向太空要能源愈發迫切。美國五角大樓在2007年10月的報告中則明確指出，和“向下鉆取能源”一樣，“向上鉆取能源”的工作必須立即著手開始。

    國外發達國家重視開發太空太陽能

    隨著科學技術的進步，在外太空進行試驗發電的國家有美、日、法、德、俄和烏克蘭等，其中大多采用微波傳送方式，只有德國采用激光傳送。而今，歐洲國家在非洲留尼汪島建造的一座10萬千瓦試驗型微波輸電裝置，已于2003年向當地村莊送電；而日本擬于2020年建造試驗型太空太陽能發電站 SPS2000，其2050年結束試驗進入規模運行，該項目已排入日本航天計劃。

    太空太陽能發電站的想法最初在1968年由美國麻省里特咨詢公司的工程師彼特·格拉澤提出。雖然太空發電站的大規模建設有望一舉解決溫室氣體排放和能源短缺問題，但美國在20世紀70年代進行了初步研究后還是放棄了這種想法，因為其建設成本高得驚人。即使在今天，僅將一顆這樣的太陽能衛星送進太空就需要1萬億美元，而在太空建發電站至少需要十幾顆這樣的衛星。高昂的成本，讓人類不得不望而卻步。

    雖然在太空建設發電站的計劃暫時擱置，但人類探索太空太陽能的腳步卻從未停止。美國太空太陽能專家約翰·曼金斯說，近年來太陽能領域的三大技術突破可使太陽能衛星的大小和成本降到可接受的水平，現在曼金斯的可控能源技術公司則是太空太陽能領域研發的領頭羊。

    他解釋說，首先與20世紀70年代相比，如今的太陽能電池的效率提高了4倍，因此所需的電池板的面積可大大縮小。其次，微波傳送技術也大大提高，利用固定裝置就能使微波光束實現精確指向，而不再需要旋轉天線。因此可以用體積小、組裝簡便的模塊天線替代原來1公里長的天線。最后，機器人可以替代宇航員在太空中完成組裝工作。2007年10月，美國五角大樓國家安全太空辦公室(NSSO)悄然推出一份研究報告，建議美國政府在未來10年投入100 億美元建造一顆能將10兆瓦太陽能傳回地球的試驗衛星，并為下一步私人參與開發此技術提供經濟激勵。這就是被稱為太空太陽能發電站的研究項目。由美國國家航空和航天局與國家能源部建造的世界上第一座太陽能發電站，最近將在太空組裝，不久將開始向地面供電。根據美國科學家預測，到2025年，美國有可能在太空建造100座太陽能電站，將會滿足美國全國30%的電力。

    20世紀80年代，日本也已展開太空太陽能相關研究。而日本宇宙航空研究開發機構與日本經產省共同資助1200萬美元的太空太陽能十年計劃也即將結束第一階段的研究。日本采取的激光傳輸，利用靜止軌道上的反射鏡將收集到的太陽光轉換為激光，再傳輸到地面。由于激光與太陽光不同，不易發散，因此能夠進行遠距離傳輸。

    而在地面，日本科學家準備使用光電轉換裝置將接收到的激光轉換為電力，直接用來分解海水制造氫氣。在微波傳輸方面，日本科學家希望將位于靜止軌道上的太陽能電池發出的電力轉換為微波傳輸到地面，在地面再將接收到的微波重新轉換為電力。為了使微波能更高效地在大氣中傳輸，他們準備使用不受云、雨等氣象條件影響的頻寬帶，目前備選的有專門用于產業、科學和醫療領域的2.45GHz帶和5.8GHz帶。

    “這項研究的目的很明確，就是為化石燃料的枯竭和全球變暖這些人類共同面臨的難題提供一個解決的方案。”這個項目的負責人JAXA高級任務研究中心的鈴木拓明如是說。今后他們的研究重點將放在尋找可以高效地將陽光轉換為激光的材料方面，目前最有可能被選用的是一種添加了釹和鉻的釔鋁石榴石晶體。

    據稱，在太空太陽能發電系統初步建成后，將采取微波和激光兩種方式共同進行傳輸，微波系統包括薄膜集光鏡、太陽能電池板、微波傳送天線等設備，長度有數公里，重量至少1萬噸。而激光系統至少需要在太空中設置100個，以形成陣列，總重達500噸，長度10公里。此外，在地面上還需要設置長度至少 2公里的微波接收天線。日本計劃在2030年之前把太陽能發電衛星發射到地球靜止軌道上，通過這些衛星每年將100萬千瓦(相當于一所大型核能發電站的發電量)的能量傳輸到地球。

    日本的計劃實施起來并不容易，除了技術之外，最主要的就是費用問題。建造這樣規模的設施據估計至少需要幾百億美元。但隨著技術的不斷成熟，太空太陽能發電的費用也會降低，爭取可將每度電的價格限制在7日元(約合0.448元人民幣)。如果真能達到這個目標，太空太陽能發電的價格將與目前用其他方式發電的費用相當，確實非常經濟，頗具吸引力。

    中國具有開發太空太陽能的潛力

    近年來，雖然我國在發展地面太陽能可再生能源方面做了大量的工作，但利用規模還十分有限，發展空間太陽能發電技術、解決太陽能的大規模利用問題才是我國發展的主要方向。

　　作為空間太陽能發電的主要關鍵技術，WPT(Wireless Power Transmission)在能量傳輸方面起重要作用。我國在雷達技術研究、應用方面具有一定基礎，激光技術也已成熟。微波技術、激光技術在許多方面得到了應用，表明我國在WPT技術上已具有相當基礎，如對WPT在輸能的功率、效率與精度控制等方面進行技術攻關，應用于空間電站的WPT技術一定會很快成熟起來。#p#分頁標題#e#

    作為空間電站的能量轉換器件——太陽能電池應具有較高的轉換效率、重量體積比功率以及較強的抗輻照、抗衰退能力，同時要成本低、壽命長，便于安裝。我國研制太陽能電池始于1958年，目前約有38個研究生產單位從事光伏研究與發展工作。生產能力超過5.5MW/年。另有兩條空間用硅太陽能電池生產線，產品大部分是單晶硅太陽能電池組件。我國光伏發電首先應用于空間，已經發射的大多數衛星均采用硅太陽能電池供電。

    目前我國實用性單晶硅電池效率可達15%，多晶硅電池超過10%，非晶硅電池也超過6%。砷化鎵電池的實驗室效率可達21%，批量生產可達 18%。隨著效率的提高，各種新工藝、新結構的出現，太陽能電池的比功率、抗輻照、抗衰退能力也將進一步提高。我國已具備了太陽能電池的技術基礎與空間應用能力。

    在空間技術基礎方面，要建設太空太陽能電站，除發展載人航天、空間站技術外，應同時或首先研究空間遙控機器人技術。另外，為了降低太空太陽能電站的建設成本，應重點降低運輸成本，提高有效載荷，同時研究其他各種運輸技術，如電子推進器、磁懸浮火箭、可重復使用的運載器等。盡管就我國的目前空間技術水平相比還存在許多差距，但就空間工業基礎來講，我國已具備建設太空太陽能電站所需空間技術的潛能。