太空太阳能电力：未来的能源来源？

太空太阳能似乎近在眼前，又似乎遥不可及。但这一想法激励了许多技术人员大胆思考。

外太空总是阳光明媚。那会成为地球上的能量来源吗？

虽然太空太阳能阵列在科幻中是一个理念，但它同时也是一个长期以来一直激发科技专家憧憬的科幻理念。这涉及到大规模的轨道太阳能电池板阵列，可以收集能源并通过无线电波传输到需要的地方。

各国科学家正在致力于将太空太阳能（SBSP，space-based solar power）成为现实。IEEE终身高级会员Raul Colcher表示：“美国、中国、日本、俄罗斯、韩国和印度等多个国家都在进行相关技术的积极研究。”

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光明的未来？

加州理工学院太空太阳能发电项目（SSPP，CalTech Space Solar Power Project）于2023年初启动，其中包括一套可用于轨道太阳能发电场的原型组件。中国计划最早在2030年代建成一座具有商业发电能力的电站。

在能源价格高企的70年代，美国一直在对轨道太阳能进行研究，但在21世纪初，由于资金和技术方面的挑战，美国基本上放弃了这方面的工作。两种趋势重新引起了人们的兴趣。首先是推动到2050年实现净零碳排放。第二个是月球基地的遥远可能性。SBSP可以为月球基地的车辆和结构提供动力源，尤其是在关键的早期。

虽然实施可能还需要几十年，但如果成功，太空太阳能电力有望在夜晚或多云天气时提供太阳能电力，从而弥补地面太阳能的不足。一些支持者认为，这项技术有一些优势，包括始终有太阳光照、地球倾斜不影响能源收集、没有大气层减弱阳光强度等。

IEEE高级会员Inderpreet Kaur说：“在太空中，太阳总是闪闪发光，地球的倾斜不会阻止能量的收集，也没有大气层可以降低太阳光线的强度。这使得将太阳能电池板送入太空提供了一种诱人的可能性。”

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他们能够顺利起步吗？

然而，反对者指出，在这样一个项目实现可行性之前，必须克服大量技术难题，比如如何在太空中组装太阳能阵列、如何将能源传输回地球以及如何以具有成本效益和节能的方式将材料送入轨道。

IEEE会士Panagiotis Tsiotras表示：“天基太阳能电池阵列的想法已经存在多年，但技术挑战仍然存在。我认为，目前在电力效率或如此大的太阳能电池阵列的制造和组装方面，经济学并不奏效。要实现进步，需要在这些领域以及材料方面取得进展。”

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激发想象力

尽管如此，太空太阳能阵列的原型仍在路上，并吸引了大量关注。加州理工学院的一项实验，称为可部署在轨超轻复合材料实验（DOLCE，Deployable on-Orbit ultraLight Composite Experiment），研究了自组装太阳能电池阵列的模块化组件。

为了将能量传回地球，研究人员专注于将阳光转化为另外两种形式之一：激光或微波。大多数微波设计都设想传输大量功率，需要在地面上安装几公里长的接收器。激光技术允许1到10兆瓦量级的更小、更集中的应用。但这将需要比基于微波的系统多得多的卫星。基于激光的系统可能适用于地球上功率需求高的偏远地区，例如采矿作业。

天基太阳能的想法吸引了全球的技术专家。几十年后，对这个项目的研究可能会产生意想不到的结果。

IEEE 2023当选主席、IEEE终身会士Thomas Coughlin表示：“太空太阳能是可能的。我相信太空太阳能阵列将用于推动外太空产业和资源开发，这将造福于地球上的人们。”