向Ⅰ型文明加速，“50年能源魔咒”正被破解 | 硬科技有点意思

尽管目前，人类还处于向地球索取化石遗骸以获取能源的阶段，但一场意义深远的能源革命已在实验室暗流涌动。

在苏联天文学家卡尔达肖夫的文明等级设想中，能够掌控行星全部能源的是Ⅰ型文明，利用恒星能量的则为Ⅱ型文明。而当前人类文明指数仅为0.73，可控核聚变若得以实现，将成为人类向Ⅰ型文明冲刺的关键阶梯。彼时海水中的45万亿吨氘储量，理论上就足以让每人日均获得3000度电（当前全球人均日耗20度），一些科幻小说中的技术与场景再看起来，或许将更为亲切——

在刘慈欣的《流浪地球》里，重核聚变行星发动机推动地球开启星际流浪之旅。《三体》中人类舰队采用核聚变引擎实现恒星际航行。金・斯坦利・罗宾逊的《火星三部曲》里，首批火星移民借助可控核聚变维持生态穹顶和工业体系。阿西莫夫在《基地与地球》中更是进行了大胆设想，让生物圈与聚变反应堆形成能量循环系统，展现生命与技术的深度融合。

当科幻叙事照进现实，那些曾在字里行间跳动的能源想象正逐步转化为实验室里的真实火光。从美国劳伦斯利弗莫尔实验室以192束激光勾勒出微型太阳的辉光，到中国环流三号托卡马克装置实现原子核温度 1.17 亿度、电子温度 1.6 亿度“双亿度”突破，人类对核聚变能量的驯服已从理论推演迈向工程实践。更令人振奋的是，在这场史诗级竞赛中，中国民营企业也崭露头角，商业黑马正加速破解“50年能源魔咒”时间方程。

01.能源革命编年史：从火种到恒星之力

能源是文明的跃迁密码。回溯170万年前，人类先祖在非洲草原上守护第一簇火苗时，他们不会想到这团跳动的红光，将点燃整个物种的进化引擎。火的使用让人类得以高效摄取蛋白质，为大脑发育提供物质基础，促进了大脑进化。这是能源革命的第一次降维打击。

进入农业文明时期，生物能源成为主要支撑。粗略估计，一个农民年劳动产生的生物能（粮食+燃料）约百万大卡，能量循环效率极低，人均可利用能量受土地生产力严格限制。

但随着煤矿需求催生蒸汽机的应用与改良，又进一步反过来推动煤炭需求暴涨，封存在煤炭中的远古光合作用能量得到极大释放，人类逐步解锁了地质时间尺度封存能量的新篇章——19世纪的英国，每个矿工年均挖掘煤炭所蕴含的能量，可能相当于几千个农民全年劳作所产生的能量。

这一过程中，人类从“生物能源时代”迈入“化石能源时代”，彻底重构了文明发展轨迹。而石油时代的降临更带来指数级飞跃，一桶原油蕴含的能量，需要人类肌肉持续劳动多年才能释放。

但人类对能源的探索并未因为石油时代而满足止步，转而叩击原子核的大门，裂变纪元到来。1938年哈恩发现核裂变后，爱因斯坦的质能方程从理论神坛走向现实。1942年，芝加哥1号堆首次实现可控链式反应，标志着人类正式解锁原子核能量。但核裂变虽能提供高能量密度，却也产生半衰期数万年的放射性废物，带来环境和安全隐患。

1920年，人类开始探寻恒星能源的奥秘。彼时爱丁顿提出太阳能量源自核反应假说，起初备受质疑，直至1938年贝特揭示质子-质子链聚变机制，方解太阳能量之谜。期间，1932年卢瑟福的粒子轰击实验，虽仅实现核嬗变，却为核能研究埋下火种，但离聚变能源探索仍有数十年。1952年，氢弹在太平洋爆发，通过裂变引爆氘氚聚变烈焰，人类才确证轻核反应能量远超裂变。一场跨越世纪的能源革命就此启程——

这场能源革命的关键目标，是驾驭宇宙间强大的能量——可控核聚变。若实现，人类文明或将挣脱能源枷锁桎梏。按当前技术测算，1公斤氘氚燃料产生的能量大致相当于燃烧1万吨煤，而全球海水中的氘储量理论上足够人类使用几十亿年。

但过程是要实现在地球上建造微型太阳这一工程，即在地球上复现恒星内核条件——通过磁场约束上亿摄氏度的等离子体（压力约为太阳核心的百亿分之一），让氘氚核每秒发生万亿亿次聚变，持续释放能量密度比裂变高4倍的能量，且主要产物为微量氦气和可回收中子。总而言之，将核聚变转化为可控能源面临诸多挑战，即便全球协作攻坚，乐观估计仍需数十载，且充满不确定性。

聚变反应图（图片来源：国际原子能机构）

02.“人造太阳”促成人类大科学工程

为实现可控核聚变这一艰巨目标，科学家探索了多条路径，其中较为知名的，是托卡马克、仿星器，以及激光点火派。

先说占据重要地位的托卡马克。

在美苏冷战铁幕笼罩的1960年代，可控核聚变研究领域却上演着超越意识形态的戏剧性篇章。苏联、美国与英国各自在磁约束装置上陷入技术泥潭——仿星器、磁镜装置和早期托卡马克的等离子体温度始终卡在百万摄氏度量级，约束时间更以毫秒计。僵局最终促使三路科学家冲破政治藩篱，达成合作协议，逐步共享聚变研究数据，定期互派观察员。

这场科学破冰行动在1968年苏联抛出一枚学术氢弹后，迎来高潮。苏联改进的T-3托卡马克测得温度达1500万摄氏度，将美国仿星器的纪录提升了一个数量级，颠覆了欧美对磁约束路线的认知。数据公开并经欧美验证后，美国终止Model C仿星器项目，普林斯顿实验室全面转向托卡马克研发，至1975年，托卡马克成为磁约束聚变的主流设计，全球新建的大型聚变装置多采用环形磁笼设计（托卡马克的典型结构）。

T-3的成功也间接推动美国于1980年代启动TFTR项目，欧洲建设JET装置，它们的经验也为ITER计划提供了技术基础——这一跨越冷战隔阂的超级工程，由35个国家合作，成为人类验证聚变能可行性的超大型国际合作项目，也是迄今规模最大的国际大科学工程合作项目之一，堪称史诗级工程，核心使命是验证500兆瓦聚变功率输出（输入50兆瓦），相当于用1千克氘氚燃料释放等同于燃烧1万吨煤的能量。若成功，这将是人类首次在实验室尺度实现恒星能量释放。

至今，托卡马克仍是主流方案，并在传统环形托卡马克基础上演化出现球形托卡马克。托卡马克可生成环形磁场，将上亿摄氏度的氘氚等离子体悬浮在真空室中央。其核心优势在于结构简单、技术成熟，相比其他方案，能以更低成本实现聚变条件，是当前最接近商用的可控核聚变路径。

路线对比图

除此之外，仿星器虽然建造复杂度较高，但是能通过三维扭曲的磁体构造复杂磁场笼，直接形成螺旋形磁场约束等离子体，无需依赖等离子体电流维持稳定性，适合长时间能量输出。还有激光惯性约束通过靶丸内爆实现瞬时聚变，虽难持续发电，却为武器物理提供关键数据。磁化靶聚变则尝试用压缩磁化等离子体提升效率，而氢硼路线虽无中子辐射，但需10亿摄氏度以上高温，离实际应用还十分遥远。

总而言之，各技术路径各具特色，相互补充，未来可能通过多路线并行来加速可控核聚变的商用进程。

03.科技角力展开，中国或成为引领者

可控核聚变竞赛不仅关乎能源安全，更是未来百年科技话语权的关键博弈。谁在主导？

在追逐“人造太阳”的征途上，欧洲有着百年工业底蕴，是技术大熔炉，ITER作为全球国际合作项目，总部位于法国，欧盟承担45%经费并主导建设，但多边协调机制复杂，导致进度滞后，首次等离子体实验已推迟至2035年。欧盟试图通过ITER维持技术领导权，但新兴企业规模逊于中美同行。

美国采取技术路径多元化策略，主流集中在激光惯性约束和托卡马克。劳伦斯利弗莫尔实验室的激光惯性约束路线在2022年实现Q值1.5的里程碑（Q值为核聚变反应输出的能量与维持反应所需输入的能量的比值，当Q＞1时，表明系统首次实现净能量输出，即产生的聚变能量超过消耗的输入能量），但因系统总能耗高，离实际发电仍有量级差距。私企积极参与，如CFS采用磁约束托卡马克技术路线，创新使用高温超导磁体技术，其SPARC装置计划2026年实现Q＞1。另有部分企业探索磁化靶聚变（如Helion Energy的FRC装置）和氢硼聚变（如TAE Technologies）等新兴路线。

中国在可控核聚变领域高度聚焦磁约束托卡马克技术。从九十年代起步，国内先后建成了合肥超环、中国环流、东方超环等装置。其中东方超环EAST创造了多项世界纪录，于2025年1月首次完成了1亿摄氏度1066秒“高质量燃烧”，让中国在全球核聚变竞赛中脱颖而出。还有CFETR聚变工程实验反应堆于2017年启动，旨在实现聚变能的商业化应用。

除了国家队的强力支撑，中国也有民营新锐双轨冲锋，致力于把复杂的科研转化成更快落地、更低成本的“小型人造太阳”。如星环聚能，作为国内商业化聚变企业之一，拥有从事聚变能研发的顶尖团队之一，成员多毕业于清华大学工程物理系，曾参与运行国内首个球形托卡马克装置(中国联合球形托卡马克)近二十年，致力于紧凑型装置研发。

该企业仅用279天完成装置建设并实现第一等离子体放电，此后不断突破并实现重复重联技术方案的稳定运行，致力于通过球形托卡马克+高温超导+磁重联加热+短脉冲重复运行的技术组合，绕开托卡马克稳态运行的工程难题，以低成本、模块化路径快速推进商业化，其差异化定位有望成为可控核聚变早期应用的突破口。据悉，该企业计划2030 年左右展示一个可输出电能的聚变反应堆。

星环聚能与清华大学合作建设的SUNIST-2（图片来源：星环聚能）

总而言之，中国工程化效率、政策连续性及供应链整合能力突出，众多中国民营核聚变企业的积极探索，也为产业发展形成了良好态势。而美国凭借技术多样性、资本活跃度及基础研究积累保持竞争力，却受制于工程落地速度与供应链依赖，且缺乏国家主导的长期路线图。

美国能源部核聚变能源科学办公室负责人让·保罗·阿兰曾说，粗略估计，中国现在每年在核聚变研究上耗资15亿美元，几乎是美国政府今年为这项研究拨款的两倍。他说：“比投入金额更重要的是他们做这件事的速度。”

04.致力攻克“不可能”，民营企业坚守几十年

若以“聚集人类智慧”的广度与深度衡量，可控核聚变因涉及更基础的科学突破和跨时代能源愿景，代表着人类智慧的一座顶峰，背后蕴含的技术难度与极端条件的挑战难以用几行文字介绍得通俗易懂。

但透过“科学家用数十年坚守推进人类能源革命的边界”的故事，可见其中的艰难，说一句“这是人类能源史上最沉默却壮丽的史诗”也不为过。而将这一国家实验室级难题押注于民营企业，更是一场豪赌。

继续以上文的星环聚能为例。这一企业故事始于世纪初。2000年初，谭熠（现任星环聚能首席科学家）等青年学者开始参与探索中国首个球形托卡马克SUNIST的研发工作。经过20年的不懈努力，SUNIST装置通过磁重联实验为等离子体控制提供数据支撑，为国际聚变研究提供了新思路，开创了中国球形托卡马克研究的先河。

2021年，陈锐与谭熠等清华团队成员成立星环聚能。但民营化转型的阵痛远超想象。公司成立时，团队规模不足10人，在资本市场对聚变赛道普遍存疑的背景下，他们用279天和清华大学一起完成SUNIST-2装置建设，运行11个月即完成自身原创的重复重联方案的初步验证，用2亿元天使轮融资攻克高温超导磁体原理样机研制，实现国际上首次重复重连稳定运行，环向磁场指标在球托托卡马克领域排名世界前列。

如今星环聚能的团队不仅要证明球形托卡马克路线的商业可行性，更要在2030年前完成从CTRFR-1工程验证装置到商业示范堆的跨越——这相当于用民营企业有限的资源，完成过去需举国体制数十年才能实现的技术沉淀。显然，这并非易事，其中核心难点，除了技术问题外，还有资金需求。

当下，中国以举国体制为核心，在可控核聚变领域年均公共投入约15亿美元，但私营领域占比却不足5%，一级市场对私营聚变的单笔投资极少超5亿元。美国联邦经费每年仅6亿美元，但在私营领域，依赖风险投资驱动，Helion、CFS等企业累计融资超50亿美元。星环聚能仅从天使轮单笔融资来看约为CFS单轮融资的1/9，资金压力远超国际同行。这场冒险背后，是技术理想与商业规律的终极碰撞，也是中国科创突围的缩影。

正如CEO陈锐曾在接受采访时所说，可控核聚变是一个征服星辰大海的商业故事，短期内实现商业化的可能性不大，需要更长久的探索，哪怕再乐观也需要10年的周期。而在这十年期间可能需要接近百亿人民币的投入，这么长的周期，这么大的投入，怎样去获得资本的支持尤为重要。目前，星环聚能给出的答案是“掌握自身造血能力是吸引资本的一大优势”，凭借一系列自研的聚变衍生产品从实验室迈向商业推广应用，星环聚能已实现千万级订单，陈锐表示，这只是星环聚能商业化故事的开始。

星环聚能信号采集设备（图片来源：星环聚能）

可控核聚变的商业化征途，本质就是一场人类智慧对物理法则的史诗级挑战。即便民营企业的敏捷创新将技术迭代速度提升3-5倍，但困难依旧存在：等离子体湍流导致能量快速逃逸，核聚变产生的高能中子会导致材料嬗变和结构损伤，以及示范堆单座的建设成本……

尽管如此，在这场关乎人类能源自由的革命中，中国国家队聚焦科学验证与电网级工程，民营企业以小步快跑验证颠覆性路径。这种协同不仅是为了全球科技话语权之争，更是在为人类文明迈向Ⅰ型文明获取关键能源。

正如托卡马克之父阿尔茨莫维奇所言，核聚变能否实现取决于社会对其需求的紧迫性。当文明迫切需要时，技术终将突破物理与工程的桎梏。此刻，我们正站在文明跃迁的临界点。

不妨设想，当第一座商用可控核聚变堆并网发电时，人类将完成自钻木取火以来最具意义的能源变革——至此，文明的火种不再依赖地质遗产的馈赠，而是直接萃取星辰之力。这场挑战的胜利也将证明：宇宙最伟大的奇迹，或许是智慧生命对熵增宿命的叛逆。

中科创星

Portfolio

(*以下仅为部分被投企业)

｜光舟半导体｜ ｜ ｜

｜ ｜极智｜