问天借电：光伏的太空入场券，还要等多久？|| 新质π

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（来源：券研社）

马年春节刚过，受SpaceX计划在美国打造100GW级光伏产能消息刺激，太空光伏板块在2月27日，再次迎来集体涨停潮。

说起这波“马斯克行情”，还要追溯到今年2月初。那时，一则真假难辨的消息，在资本市场悄然传开：马斯克团队低调走访了中国多家光伏企业。联想到此前宣称建设太空算力中心的宏大计划，A股闻风而动。

接连掀起的涨停潮，引爆了太空光伏板块。截至2月4日，年内涨幅超过30%的竟然多达9家。而作为马斯克“绯闻”的直接受益者，晶科能源更是两天涨了近36%。一时间相关概念股，如放卫星一般，鸡犬升天。

可仅仅一天后，便是自由落体般的急坠。2月5日，多只概念股开盘跌停。急转直下的行情，与前晚多家上市公司的集体切割不无关系。晶科能源、高测股份、双良节能密集发布公告，核心内容就几个字：没有合作、没有协议、没有订单、没有收入。

在转瞬即逝的资本狂欢冷却同时，公众终于把事件的主角——太空光伏，从飘浮在距离地面数千公里的高空，拽回到务实的地面，开始冷静地打量和测算。

光伏能源的“太空入场券”，是真的触手可及，还是需要无尽的等待？

从“先锋一号”到“实践一号”

在卫星主体的两侧，有副对称展开的“大翅膀”，这就是负责搜集太阳能供电的太阳翼。在卫星发射时，太阳翼会处在折叠状态，待到了既定轨道后，则会展开并根据太阳调整方向，确保搜集光能并转化使用。

虽然都是光能发电，但天上地下，却有云泥之别。其中最核心的差别，既不在光电转化能效，也不在度电成本，而在于“锱铢必较”的重量。

在地面光伏基站，一块发电200瓦的常规晶硅组件，重量约在15到24公斤。以2022年8月我国发射的问天实验舱为例，其配备的太阳翼展开功率为18千瓦，若原封不动将晶硅组件搬上天，将达到上千公斤。对于国内商业火箭每公斤数千美元的发射成本来说，显然是无法负担之重。

与展开面积可达上百平方米的现代太阳翼相比，人类最初送上天的太阳翼堪称迷你，仅有火柴盒大小。

1958年3月17日，美国卡纳维拉尔角，一枚三级火箭将一颗重1.5千克、直径仅15.2厘米的小球送入轨道。这颗小卫星名为“先锋一号”，又被戏称为“葡萄柚”。

其娇小的身材，却难掩其伟岸的历史地位：它是世界上第一颗依靠太阳能供电的人造卫星。虽然六个火柴盒大小的面板，功率仅为5毫瓦，只够点亮一个微型灯泡，却照亮了人类利用太空能源的新纪元。

此时的中国航天事业，仍在萌芽，它在等待众多元勋科学家的到来。其中的一位，名叫王占国，那年他还是20岁的青年，刚刚进入南开大学物理系。

1965年1月，新中国的人造卫星工程，即“651”任务正式启动。两年后，29岁的王占国受工业和信息化部委托，应召参与光伏电池的攻坚。此时美苏的太空竞赛激战正酣，太阳能发电作为核心军工技术，严格保密。中国只能从零开始，自主研发。

太空环境与地面截然不同，存在大量的强电离辐射，容易造成光伏电池的衰减，影响在空运行的有效时间。为了解决这个难题，王占国辗转到上海中科院有机所，专注光伏电池的耐电子辐照研究。

在一次实验中，由于设备年久失修，阻挡电子束的继电器失灵，致使王占国的右手被高能电子射线照射灼伤。实时数据稍纵即逝，他忍着剧痛，坚持完成了实验。直到1978年，饱受痛苦的他才进行了植皮手术，右手背上残留的黑色褶皱，成了抹不去的历史见证。

在反复验证后，王占国终于确定NP结构的光伏电池，抗电子辐射的能力比PN电池大几十倍，更适合在太空中长时间运行。在1967年底召开的电池定型会上，高阻NP电池结构正式被“651”任务采纳，并于第二年实现量产，通过验收。

可略有遗憾的是，在1970年我国发射的第一颗人造卫星“东方红一号”上，出于稳妥考虑，使用的仍是化学电池。直到11个月后， “实践一号”发射升空，我国终于等来了第一颗装配光伏电池的人造卫星。它在轨运行8年，与此前设计的寿命相比，足足延长了7年。

而更具象征意味的是，尽管自1964年起，先锋一号由于电池能量一再衰减，已经停止向地面传送信号，但时至今日，这枚“老古董”仍在太空运行。

太空不能承受之重

如今，距离中国光伏“上天”，已经过去半个多世纪。曾经的科研青年王占国，凭借在包括砷化镓光伏应用领域的科研贡献，已经成为我国第二代半导体材料物理的领军人物，并于1995年荣膺中国工程院院士。

| 王占国院士、砷化镓

随着航天科技的迅猛发展，航天设备从无人到载人，从小型卫星到大型空间站，从普通单功能到复杂多任务，能耗的需求也与日俱增。太空光伏作为能源的供给中枢，扮演的角色则越来越吃重。

太空光伏的光电转化效率，已经从10%左右提升到30%以上，其材料也发生了翻天覆地的变化。结构刚性、依靠被动耐辐射的晶体硅，已经被具备柔性特征、能主动抗辐射的砷化镓替代，才有了如今大尺寸太阳翼的普遍形态。

分量吃重了，重量却万万不能“吃重”。从长远考虑，太空算力中心，乃至月球人类居住区，太阳翼所需要的供电量是空间站的千万倍。这意味着，只有用更少更经济的火箭发射成本，将更多更大的太阳翼运向太空，才有可能把马斯克的幻想变为现实。

若要减重瘦身，则必须了解太阳翼的构造，从发电层、基板层、防护层、结构件四个基本部件说起。

发电层就是电池片本身，是太阳翼的“心脏”。问天实验舱使用的柔性三结砷化镓电池，是由十几万片柔性电池组成，展开薄如蝉翼，单板厚度不足1毫米，单位面积重量仅为传统光伏电池的50%。

基板层则是承载电池片的“骨架”。新一代柔性太阳翼抛弃了又笨又重的刚性合金板基板，取而代之的是超薄型轻质复合材料。再将电池片嵌入玻璃纤维网格中，仅这一项改进，就比传统的轻了三到四成。

防护层是太阳翼的“铠甲”。为了抵御太空环境中高能粒子、原子氧、微陨石的冲击，需要在最外层涂覆微米级的防护胶层。厚了增加重量，太薄又扛不住辐射，对精度和均匀度的要求极高。

结构件包含连接电缆、展开机构、对日定向装置等，是太阳翼的血管和神经网。以扁平电缆为例，它负责将电池面板搜集的电能汇集和输送，需要连接和覆盖数百平方米范围，既要稳定可靠，还得足够轻薄。

所有这些加起来，构成的电源系统占卫星总重量的20%至30%，而彼此牵连的精密构造，更是牵一发而动全身。为了实现飞天，系统必须持续瘦身，做到小型化、集成化、轻量化，这成为所有太空光伏系统设计和制造的共识。

系统上下的每一克都需精打细算，都需要时间来度量。问天实验舱的柔性太阳翼，从图纸设计到成功飞天，就足足走过了八年。

分母策略与分子路线

既然“重量”是核心矛盾，那么该如何解题呢？

抛开复杂的数理公式，如果想让单位推力携带更多光伏上天，可以将其简化为一道普通的数学题：分母是火箭的推力，分子是太阳翼的重量。要么在分母，即廉价的火箭推力上做文章，同等成本下就能获得更大推力；要么在分子，即极致的材料上下苦功，同等推力下负载更多太阳翼。

手握SpaceX大推力火箭回收技术的马斯克，选择在分母上下重注。此前传出的马斯克团队访华调研，被外界误读为“SpaceX要采购中国光伏组件”，但真相可能是另一个故事。有业内人士分析认为，受制于关税及不确定的地缘风险，马斯克团队不会直接购买中国的产品，而是想在中国光伏产业陷入低谷之际，抄底成熟的晶硅路线的设备、经验和人才，为其太空计划补上这块拼图。

他的算盘很清晰：根据2026年初公布的信息，星舰V3单次的发射成本为2000万美元，折合每公斤入轨成本为67-100美元。随着高频率重复使用和规模化发射，马斯克的目标是每公斤发射成本降至10美元以下。

当发射成本足够便宜，光伏电池的重量便不再需要“斤斤计较”，完全可以使用价格更低廉、技术更成熟、光电转化率同样出色的晶硅路线。这也是马斯克放弃目前全球主流方案砷化镓的原因。

根据2024年1月NASA发布的《空间太阳能发电评估报告》，要实现与地面光伏同样的实用竞争力，发射成本是其中最主要的制约因素，占到70%以上，远高于排在第二位的制造成本。不纠结于材料的极致降本，而是执着于火箭发射推动的“大力出奇迹”，这确实非常符合马斯克追求的“第一性原理”。

与马斯克的“成本换重量”不同，中国选择从太阳翼本体入手，通过不同新型材料的赛马，寻找“减重不减效”的方案。

以砷化镓为基础的柔性电池板，依然是目前平衡性最好、最主流的方案。但它最大的痛点是成本高昂，平方米价格高达20万到25万元，是普通晶硅电池的30到50倍。以此估算，单颗星链卫星（Star Link）的光伏成本就将突破千万元。

作为国内砷化镓出货量最高的企业，乾照光电不仅市占率达到50%，而且还是唯一具备外延片到芯片一体化生产的能力。近年来，降本已经成为乾照光电的战略重心，设备国产化替代、衬底和外延片的工艺改造升级、轻量化设计、规模化量产、新型砷化镓材料的研发，无不在不断尝试放低“贵族”的身段。

主流的砷化镓之外，P型异质结（HJT）晶硅路线是成本较低、抗辐射能力强，同时兼具轻量化的方案。通过对现有N型晶硅线生产工艺的改造，电池片薄化后可做到弯曲、卷曲，贴附在柔性基板上，实现卷轴式收纳，比较符合卫星发射时折叠，入轨后展开的需求。东方日升自主研发出的超薄p型异质结电池，只有50微米，能做到比头发丝还要细。

而钙钛矿作为新一代光伏材料，同样不可小觑。无锡众能光储1月份爆出猛料，新近研发的超柔航天级特种钙钛矿电池，经TÜV北德认证，不仅其柔性厚度仅为1.6微米，而且功质比达到55W/g。换算下来，1公斤该材料，满负荷运行1小时，发电量可达到惊人的55度，数十倍于传统晶硅电池。

不过，新事物也总伴随着争议。一方面，以伏曦炘空为代表的探索者，从2023年底便开始钙钛矿电池的太空在轨试验，最近的“天雁24星”也已经积累了2年多的数据。另一方面，上海交通大学太阳能研究所所长沈文忠，则直指钙钛矿太空应用的缺陷：太空中的紫外线非常强，原子氧的侵蚀和极端温差，都是钙钛矿的致命问题。

仅就目前来看，砷化镓的王者地位，短期内仍难以动摇。但始终打不下来的价格，成了砷化镓规模化商用，难以逾越的门槛。至于异质结，还有钙钛矿，依然被能效、成本、重量的“不可能三角”所困，若真要上天，仍需用扎实的数据为自己证明。所以，尽管资本市场无限热捧，多数公司还是在公告中坦言：目前“太空光伏”尚处于技术初步探索阶段，技术路线尚不确定，尚未有具体项目落地。

不确定，就是此刻太空光伏唯一的确定性。到底哪条路才能拿到最终的入场券，恐怕只有时间能给出答案。

殖民火星或流浪地球

不过，相较光伏产业的保守，大洋彼岸的马斯克则信心十足。他对建设太空算力中心的迫切，以及对太空光伏未来的乐观，早已溢于言表。在今年1月的达沃斯论坛上，马斯克笃定预言，2到3年内，太空将成为部署人工智能最便宜的地方。

马斯克并不是一个人在战斗。

2026年2月，Rocket Lab宣布推出专为太空数据中心设计的硅晶太阳能阵列，目标是为横跨数公里的太空数据中心提供千兆瓦级发电能力。其CEO Peter Beck直言：“太空算力中心，会是运算基础设施的下一个前沿阵地。”

贝索斯旗下的蓝色起源，则在开展一项更具挑战的尝试。这项名为“蓝色炼金术”的计划，目标是利用月球表面的月壤，通过熔融电解技术提取铁、硅、铝，并分离出氧气。这样就可以彻底摆脱火箭运输的桎梏，就地取材，将这些材料直接用来制造光伏电池板、输电电缆、火箭燃料，甚至为月球定居者提供氧气。

该项目已经在洛杉矶设立了占地三英亩的实验室，贝索斯为此专门招募了70多位科学家，只为证明这不是纸面上的设想。按照披露的进度，该计划将在2026年完成全自动地面验证，目标是为每个月球定居点稳定提供至少1兆瓦的太阳能电力——相当于国际空间站发电能力的7倍。

这群科技狂人的逻辑并不难理解。就像哥伦布所处的地理大发现时代，“无主之地”的新大陆，提供了成本近乎为零的土地和矿产资源。与其大费周章地将它们搬回来，不如将人和技术运过去，就地利用生产要素。如今的星际开发，就好比大航海2.0，月球和火星就像美洲大陆，而太阳能源以及产生的算力token，就如同当年的矿藏和农产棉粮。

硅谷巨头沿袭“殖民”模式，而中国的“逐日工程”，则在延续中华文化基因。

这套方案的本质，是通过对太阳能进行集中采集，并实现远距离无线传输，将电能反哺母星。不间断、低价格的供给，有可能成为地球能源的终极解决方案。

这个项目的难度与挑战，前所未有。一方面，在太空中建造巨型空间太阳能电站，必然要将大量光伏阵列运送至太空，不仅考验火箭的规模负载，同时还得克服太空的复杂环境，完成组装调试。另一方面，则是电能的无线传输，需要将电能转化成微波，历经超远距离飞行，精准地传送到接收端，再转化成可用的直流电，并且有效控制每个步骤的衰减。

对于“逐日工程”牵头人段宝岩院士来说，2014提出的Omega空间太阳能电站方案，已经在理论层面解答了上述难题。8年后，在西安电子科技大学的校园里，一座55米高的聚光伞拔地而起，它每天追着太阳的方向转动，这便是“逐日工程”的地面验证系统。

2023年11月30日，“逐日工程”迎来里程碑式突破。在总长55米的距离，发射端将2081瓦直流电转化成微波射出，微波接收率达到87.3%，电能传输效率为15.05%。也就是说，在不借助任何有形的介质下，接收端隔空取电，“凭空”获取了313瓦电能。

全链路、全系统的空间太阳能电站地面系统的可行性验证，这在世界尚属首次。更令人振奋的是，各项关键指标都远优于美国提出的Alpha方案。

目前“逐日工程”已经进入2.0阶段，将尝试对在轨高速运转的航天器提供稳定的能量传输。而这个系统的终极目标，是在3.6万公里外的地球同步轨道上，建造吉瓦级的空间太阳能电站，把电传回地面，并入地球电网。按照段宝岩院士给出的时间表：2035年前后实现吉瓦级并网发电，年供电量相当于半个三峡电站。

假如一切成真，地面上的能源危机，或许真的将成为历史名词。

就如同影视剧所描绘的，在即将开启的星际时代，中美秉承着完全不同的宇宙生存哲学，才会萌生出殖民火星，或是流浪地球的分野。

只不过在现实中，任何一种方案，无论设定的目标或早或晚，都需要时间作为最终的验证。就像段宝岩院士在《科技日报》创刊40周年时写过的话：“时间虽从来不语，却默默地回答了所有问题。”

| 段宝岩院士

尾声

古希腊神话中，泰坦族人普罗米修斯，不顾宙斯的警告，从太阳神手中盗取火种，将其从天上带到凡间，点亮了人类文明的希望之火。这份来自太阳的能量，让人类脱离了刀耕火种，制造了蒸汽，发明了电力，驶入了数字世界，跨越了三次工业革命。

如今，人工智能催生的算力革命，汹涌袭来，将能源的需求再次推向极致。国际能源署（IEA）发布的《能源与人工智能报告》预计，到2030年，全球算力中心用电量将攀升至945太瓦时，接近日本全年用电总量。陡峭的增量曲线，不仅挑战能源现有的供需关系，也势必破坏原有脆弱的分配体系。寻找经济、稳定、绿色的能源，已不再是明日之忧，而是当务之急。

从神火下凡，到问天借电，跨越了上千年。轮回之后，人类将目光重新投向悬在天空的太阳，希冀找到能量的终极答案。这一次，又要等多久呢？也许5年，或许15年。唯一确定的是，不用再像上次等那么久。