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太空中的太阳能农场如何向地球传输电力
发布时间: 2022/11/30
  这听起来好得令人难以置信:一项从太空收集太阳能并使用微波将其发射到地球的计划。
  但据太空能源倡议 (SEI) 联合主席马丁·索尔陶 (Martin Soltau) 称,这最早可能在2035年发生,该倡议是工业界和学术界的合作组织。

  SEI 正在开展一个名为 Cassiopeia 的项目,该项目计划在高地球轨道上放置一个非常大的卫星群。
  一旦部署,卫星将收集太阳能并将其发射回地球。
  他说潜力几乎是无限的。
  “理论上它可以在2050年供应世界上所有的能源,”他说。
  “太阳能卫星在轨道上有足够的空间,而且太阳能的供应量很大。地球静止轨道周围的一条窄带每年接收的能量是2050年全人类预计使用的能量的100多倍, “索尔陶先生说。
  今年早些时候,英国政府宣布为天基太阳能 (SBSP) 项目提供300万英镑的资金,此前咨询公司 Frazer-Nash 进行的一项工程研究得出的结论是该技术是可行的。
  SEI 希望从这笔钱中分得一大笔钱。
  它的卫星将由地球上工厂生产的数十万个相同的小模块组成,并由自主机器人在太空中组装,机器人也将进行维修和维护。
  卫星收集的太阳能将被转换成高频无线电波并发射到地球上的整流天线,该天线会将无线电波转换为电能。
  每颗卫星可以向电网输送约2GW 的电力,使每颗卫星的功率输出可与核电站相媲美。
  在地球上,阳光被大气层漫射,但在太空中,阳光直接来自太阳,不受干扰。
  因此,与地球上类似大小的太阳能电池板相比,太空太阳能电池板可以收集更多的能量。
  其他地方正在开发类似的项目。
  例如,在美国,空军研究实验室 (AFRL) 正在研究此类系统所需的一些关键技术,该项目被称为空间太阳能增量示范和研究 (SSPIDR)。
  其中包括提高太阳能电池效率、太阳能到无线电频率的转换和波束形成,以及减少航天器部件的大温度波动和创建可部署结构的设计。
  去年年底,该团队成功展示了一种所谓的三明治瓷砖的新组件,这种瓷砖用于将太阳能转化为无线电波。
  那么将能量发射回地球安全吗?
  在2009年的一份报告中,美国宇航局科学家詹姆斯·洛根 (James Logan) 研究了安全问题。在他的报告中,他说一个典型的天基微波束的强度在中心将达到30mW/cm2——大约是一个典型的台式微波炉强度的3%。
  在其周边,来自光束的能量将与当前标准允许从微波炉泄漏最多5厘米的辐射量大致相同。
  报告称,虽然鸟类可能能够检测到微波束,但微波束“甚至无法接近‘烹饪’飞行中的鸟类”。
  虽然许多最大的障碍已经被清除,但仍然存在潜在的问题。
  朴茨茅斯大学热力学讲师 Jovana Radulovic 博士说:“我个人对此的看法是,我们喜欢认为技术已经存在,但它还没有完全准备好让我们着手进行如此复杂的项目。”专注于可再生能源系统。
  她指出,将大量太阳能电池板发射到太空将是昂贵的,而且鉴于任何项目都可能需要数百次发射,它会产生大量二氧化碳。
  但有理由感到乐观。斯特拉斯克莱德大学对仙后座项目进行的环境分析得出的结论是,总体而言,包括发射在内,碳足迹可能只有地面太阳能的一半,即每千瓦时约24 克二氧化碳。
  同时,Soltau 先生说,经济状况一直在改善。
  他说:“发射成本已经下降了90%,而且还在继续下降,这对经济来说是一个颠覆性的变化。”
  “其次,太阳能卫星的设计取得了一些真正的进步,因此它们更加模块化,从而提供了弹性并降低了生产成本。第三,我们在机器人技术和自主系统方面取得了真正的进步。”
  由于英国政府的资金有限,SEI 希望能为其中的一些技术吸引私人投资。然而,Radulovic 博士警告说,拟议的时间表可能过于乐观。
  她说:“我认为,在这一领域投入大量资金并集中精力,我们没有理由不能在可预见的未来将系统作为较小的试点项目启动和运行。”
  “但大规模的事情——我们正在谈论数公里的太阳能电池阵列——将需要更长的时间。”