未来能源新革命！轨道发射太阳能能否改变世界？

在轨道上收集太阳能并将其传输回地球，这个想法由来已久。如今，许多公司声称他们终于可以将之变为现实。

太阳光被收集起来，然后通过场地上像放大镜一样的大型透镜照射出来，每个透镜大约1.2米高。

去年一场实验在佛罗里达州的一座美式橄榄球场上，进行了一项不同寻常的测试。这次测试中，投掷的不是橄榄球，而是横跨整个球场的光束。这些密集的光束持续了几分钟，从杰克逊维尔美洲虎队主场一侧的发射器发射，并汇聚到另一侧的屏幕上。

目标是什么？检验利用太空中的阳光为卫星供电是否可行。

Star Catcher是全球众多致力于开发太空太阳能发电技术的公司之一。几十年来，太空太阳能发电技术一直处于科学与科幻之间的灰色地带。其理念是通过在太空捕获太阳光，并将其传输到地面或其他卫星，从而为地球提供丰富的清洁能源。

星捕网络可在客户卫星需要时，以所需的功率和密度，在指定地点为其提供电力。星捕网络能够以 0.1 个太阳光强至 10 个太阳光强的密度，输送 100 瓦至 100 千瓦的功率，从而消除能源瓶颈，提高正常运行时间、带宽和任务执行能力—无需改造，成本仅为一半。

比之下，地面上的太阳能电池板会受到大气层、天气和地球昼夜循环的限制。这些因素都会影响电池板吸收的阳光量，在太阳辐射到达地面之前，会过滤掉不同比例的辐射。但在太空中，几乎可以全天候以更高的效率收集阳光。

然而，意识到这一点绝非易事。

这很可能需要庞大的卫星星座，这或许会引发争议，难以安全运行，而且建造过程需要大量的火箭发射。此外，还有更便宜、更便捷的可再生能源，可以更快地投入使用——考虑到如果世界想要控制全球变暖，就必须用更环保的替代能源取代化石燃料，这一点至关重要。

即便如此，仍有人认为在太空建造太阳能发电站的益处将远远大于弊端。例如，美国军方非常热衷于一项能够按需向世界任何地方输送能源的技术，这有助于克服现代战场上面临的主要难题之一，但这项技术在灾后重建或为农村社区提供能源方面也同样大有裨益。

太空太阳能发电的工作原理与地球上的太阳能发电非常相似—太阳能电池板将阳光转化为电能—但它有一个巨大的优势：它们位于大气层之上。这意味着这些电池板可以收集未经大气层过滤的阳光。大气层会反射到达地球的约30%的能量，并在能量到达地球表面之前吸收约四分之一。太空太阳能电池板可以避免这种影响，并且如果放置在合适的轨道上，可以几乎持续地接收阳光。

收集到的这种能量可以以微波或激光束的形式传输回地球，并由大型地面天线接收，转换回可用的电能。然而，为了实现经济效益，每颗卫星都必须产生并传输千兆瓦级的巨量电力，这就需要在轨道上组装庞大的阵列。

美国科幻小说作家艾萨克·阿西莫夫早在1941年就在他的短篇小说《理性》中首次描写了从太空获取太阳能的设想。后来，在20世纪70年代，美国宇航局的研究得出结论：虽然这个想法很吸引人，但存在着巨大的技术和经济障碍。

约翰·曼金斯曾是美国宇航局的物理学家，也是太空太阳能发电的倡导者。他在上世纪90年代领导了另一项研究，该研究表明，由于太阳能电池和其他技术的进步，太空太阳能发电的想法正变得越来越可行。“可行性成本从1万亿美元降至1000亿美元，”他说道，“但当时没有人对此感兴趣。”

在中国，科学家们正在研发一种OMEGA空间太阳能发电卫星（SSPS）的全链路，它利用微波传输太阳能电池板阵列产生的电力。他们计划在轨道上组装一个直径1公里的天线，以及600个直径100米的太阳能子阵列。

目前，地面测试已成功利用微波传输技术，在55米的距离上传输了高达2081瓦的功率——足以驱动一个家用电水壶。

欧洲航天局的“太阳神计划”（Solaris initiative）也将在今年晚些时候决定是否值得进一步研究太空太阳能发电。在美国，多家公司正在美国军方的资助下开发太空太阳能发电技术。

Aetherflux公司计划在近地轨道部署一支由高功率红外激光器和光伏电池组成的卫星群。这些卫星将收集太阳能，然后将电力传输到地面上直径仅5-10米的接收点，从而实现相对较小的占地面积。作为一项安全措施，每台激光器都设计成一旦有物体（例如飞机或其他卫星）进入其运行路径，就会立即关闭，以免损坏传感器或人员。

今年四月，Aetherflux宣布已筹集到5000万美元的资金。该公司计划在2026年发射一颗演示卫星，该卫星将测试如何向地面太阳能电池板发射1千瓦或1.3千瓦的激光。“最理想的情况下，我们能看到几百瓦的功率，”Bhatt说道。

该公司尚未公布其红外激光传输系统在地球测试中的表现细节。

英国的太空太阳能公司采取了不同的方法—它设想在太空建造城市大小的巨型太阳能发电站，向地面输送足够的能量，为整个国家供电。这是一项艰巨的任务，但霍姆弗雷认为这是可以实现的。

“到 2050 年，没有理由不期待太空太阳能发电能提供全球 20% 的电力，”他说。

Space Solar 获得了英国政府约 120 万英镑的资助，计划在未来三年内开展两项示范任务，一项是练习通过无线电波向地面传输电力，另一项是展示机器人如何在太空中建造大型结构。

该公司表示，最终目标是在太空建造一个直径1.8公里的巨型结构，并将其命名为“仙后座”。该空间站位于地球上方约36000公里的地球同步轨道上，这意味着它始终位于地球上空同一位置，并且几乎永远处于日光照射下。

该空间站将利用数百万颗桌面大小、覆盖太阳能电池板的卫星来收集太阳光。大约十亿个天线会将收集到的能量传输到地面上一个与希思罗机场大小相当的接收站，该接收站会将无线电波转换成电能。

美国公司Virtus Solis也在研发太空太阳能发电技术。该技术计划将20万颗蜂窝状卫星组成庞大的星座，覆盖数公里范围。这些星座将采用特殊的莫尔尼亚轨道，围绕地球大幅摆动，使其能够在高纬度地区长时间停留，向北半球输送电力。Virtus Solis计划于2027年发射演示任务。

然而，也有人认为太空太阳能发电成本并不低。一项针对大规模太空太阳能发电设计的评估表明，以这种方式产生的电力成本可能是地面发电成本的12到80倍。

未来，航天器或许能够向地球以外的其他地方输送能量。在佛罗里达州NFL体育场进行测试的Star Catcher公司正在研究，未来是否有可能将阳光反射到卫星上，从而增强卫星在太空中的能源供应。

他们的光束系统将使用一系列菲涅尔透镜——灯塔长期以来一直使用这种透镜来反射和折射光线——将阳光聚焦到卫星的太阳能电池板上。拉什表示，这项技术可以为卫星提供比仅靠自然阳光所能获得的更多能量。

可见目前很多国家都在积极发展部署从太空获取太阳能的 技术，那么你认为这种技术是否合适，能否发展起来？