美初创公司用飞行飞机成功传输能量 迈出太空太阳能商用关键一步

美国弗吉尼亚州初创企业 Overview Energy 日前宣布，已成功从一架在空中飞行的塞斯纳 Caravan 小型飞机向地面太阳能电池板传输能量，为其未来从太空向地球输送太阳能电力的计划完成了一次关键性概念验证测试。 该公司计划最早于 2028 年开展近地轨道试验，并在 2030 年前后部署首批同步轨道太阳能电站，目标是在 2030 年代初向地球任意地点不间断输出超过 1 吉瓦电力。

在这次试验中，研究人员在飞行高度约 5 公里（约 3.1 英里）的塞斯纳飞机上安装了一套由电池、电源模块、激光器及冷却系统组成的发射装置，通过激光束向地面太阳能电池板阵列传输能量。 机载电池模拟未来太空太阳能卫星上的光伏组件，激光模块将电能转换为光束，而光学组件则持续跟踪地面接收阵列位置，从而在飞机移动过程中保持激光精确对准。

Overview Energy 表示，下一步计划在 2028 年进行低地球轨道试验，随后在 2029 年或 2030 年，将其首座太空太阳能电站发射至约 36，000 公里（约 22，000 英里）的地球同步轨道。 按照规划，一旦系统成熟，公司希望在 2030 年代初实现全球范围 24 小时不间断输电，单套系统输出功率可超过 1 吉瓦，相当于一座大型地面发电厂。

此次试验在思路上与日本机构 Japan Space Systems（JSS）于 2024 年末进行的一项实验颇为相似，后者曾让一架时速约 700 公里（时速逾 400 英里）的喷气式飞机利用波束成形微波向地面天线传输能量。 与 JSS 一样，Overview Energy 的实验同样在约 5 公里高度进行，并最终也计划将卫星部署到 36，000 公里同步轨道，但 Overview 使用的设备在很大程度上已经接近其计划送入太空的最终形态，而 JSS 预计要到 2040 年代才会部署完整的在轨系统。

除了这两家机构，美国加州创业公司 Reflect Orbital 选择了另一条技术路线，计划打造由 57 颗卫星组成的星座，通过巨大的反射镜在距地约 600 公里的低轨道上汇聚并定向反射阳光，将其引导至地面接收站。 该公司计划在今年春季发射首颗试验卫星，验证“空间反射补光”这一不同于直接能量传输的模式。

空间太阳能发电相较传统地面光伏的优势主要集中在两方面：其一，通过在多颗卫星之间中继光束或能量，可将电力在夜间输送到地面接收端，实现真正意义上的 24/7 连续发电；其二，卫星在大气层外运行，几乎不受云层、天气及大气散射影响，单位面积可收集到的太阳能显著高于地面电站。 这意味着，一旦技术成熟，太空太阳能有望成为大规模可再生能源体系的重要组成部分。

不过，要将这一愿景变为现实仍面临诸多关键挑战，包括能量在“电—光—电”或“电—微波—电”多重转换过程中的效率损耗、数十甚至上百颗卫星之间的精确协同与姿态控制，以及大规模在轨基础设施带来的空间碎片管理与安全风险等。 英国研究团队此前的评估显示，如果上述技术和工程难题得到有效解决，轨道太阳能到本世纪中叶有潜力满足欧洲多达 80% 的能源需求。