从16到3亿，人类跨越万年的能量升级之路

天气越来越热，你每月的电费单涨了吗？
有没有想过，有一天电费会便宜到几乎可以忽略？甚至，你的手机、电动车，再也不需要找充电插头？
这就是“逐日工程”想要创造的未来——把发电站搬到太空去！这意味着人类第一次可能拥有取之不尽、用之不竭的清洁能源。

逐日工程（空间太阳能电站系统项目）多项关键技术近期取得突破。

图源：澎湃新闻

听起来像个疯狂的想法？但它的真正意义，远不止是“换个地方建电站”。它代表了一种全新的游戏规则——人类不再被脚下的土地绑定能量来源，而是把目光投向了更广阔的空间。

这让我们重新思考那个古老的问题：

文明的发展，究竟依赖什么？

1964年，苏联天文学家尼古拉·卡尔达舍夫提出了一个著名的文明分级模型[1]，而得分标准只有一个：能量利用的量级。其中，Ⅰ型文明能驾驭整颗行星的能量，Ⅱ型文明能掌控整颗恒星的能量，Ⅲ型文明能让整个星系为己所用。按公式算来，人类文明目前大约0.7级，还没及格。

卡尔达舍夫量表与科学家们思考了半个世纪的答案不谋而合：文明的等级，取决于它驾驭能量的能力。让我们重走一遍人类的百万年“闯关游戏”，看看不同的“能量底牌”是如何升级我们的科技与生活的。

窝↑ 药 ↓ 盐 ↑ 牌 ↓

图源：豆包AI

第一关：16 MJ/kg——新手村的能量天花板

远古时代，人类与其他动物一样，靠采集狩猎提取生物质能，人均功耗大约250瓦，跟一盏探照灯差不多。
然后，火来了，人类第一次绕过了“只靠吃东西补充能量”的规则。
但别高兴太早。木材燃烧的能量密度大约只有16 MJ/kg，就是说，每烧掉一公斤干木头，最多能让我们利用1600万焦耳的能量。这意味着一座中等城市过冬的木柴需求，得砍掉十几平方公里的森林。北京的西山、伦敦周边的森林，在古代都被砍成了光山头——木材这张能量底牌，决定了城市扩张的上限。

1877年的八达岭长城，几乎看不到多少植被

图源：University of Bristol

接下来几千年，无论是人力、畜力、风车、水车，说来说去，全是太阳照到我们小小地球上的即时能量。从古罗马、古埃及，到文艺复兴的欧洲，所有农业文明都被困在这个能量天花板之下，受制于生物代谢效率与自然恢复速度。不是古人不努力，是手里这副牌就那么小，翻不出花来。
想升级？得先换牌。

第二关：29-55 MJ/kg——寻找埋藏的神秘古代遗物

煤炭，29 MJ/kg，比木头的能量密度高了50%。
石油，45 MJ/kg。天然气更厉害，有55 MJ/kg。
数字翻了两三倍，文明就被引爆了！
为什么？因为煤和石油是几亿年前的“太阳能罐头”——远古森林和动植物被埋在地下，浓缩成高密度燃料。人类第一次突破了“今年太阳晒多少就用多少”的即时限制，开始动用地球的能源存量。
工业革命的火花点燃了炼钢的高炉，开动了沉重的机车。
量变产生了质变。

全球能源结构，化石能源（煤炭、石油、天然气）依然是当前能量的主要来源

图源：Our World in Data

化石燃料时代，国家的力量终于摆脱了土地的限制。19世纪的英国靠煤炭称霸，20世纪的美国则凭借石油崛起。
但这副牌有个致命缺陷：它是有限的存款，烧完就没了，而且烧的过程还在给地球倒贴“大气罚单”。
人类需要换下一张牌。

第三关：88,250,000 MJ/kg——打开原子核中的隐藏宝库

如果从木材到天然气翻了三倍已经让文明爆炸，那从55到8800万是什么概念？增加了足足160万倍。这是铀核裂变的能量密度，1千克铀-235完全裂变释放的能量，相当于燃烧2700000千克的煤！

化石燃料烧的多数是原子的外层电子，只是在原子外围蹭了点能量；而核裂变则是暴力地直接砸开了原子核，让我们能动用的能量底牌增加了六个数量级。核电站作为清洁基荷能源，正在支撑起许多国家的低碳电网。

当然，这副牌也有放射性废料与事故隐患的风险，但人类并未就此止步，“华龙一号”等中国第三代核电技术，正在把这张牌打得更安全、更高效。多元化的能源结构，也让我国在全球能源风暴中站得稳、民生影响更可控。

能抗住九级地震和飞机撞击的我国第三代核电技术“华龙一号”

图源：新华社

第四关：337,000,000 MJ/kg——点燃星辰的创世之火

除了核能、潮汐能和地热能之外，我们利用的绝大部分能量，归根结底都来源于太阳的辐射——太阳本身，就是一个巨大的核聚变反应炉。
如果说裂变是“砸开”原子核，聚变就是把两个原子核“捏在一起”。氘氚聚变的能量密度是3.37亿MJ/kg——1千克聚变燃料，抵得上11000000公斤的煤！
但难度也前所未有。把两个原子核捏在一起需要1亿摄氏度——比太阳核心还热好几倍。这团等离子体暴烈无比，任何材料的容器壁都不能直接接触它。过去几十年，全世界都在尝试“复刻一颗恒星”。
2025年1月20日，中国“人造太阳”全超导托卡马克装置EAST，实现了一个里程碑：1亿摄氏度的高约束等离子体持续运行1066秒，将近18分钟。[2]

与此同时，一场“降本竞赛”正在上海展开。
能量奇点公司自主研发的全球首台全高温超导托卡马克装置“洪荒70”，在2026年初成功实现1337秒稳态长脉冲等离子体运行，成为全球唯一实现千秒级长脉冲运行的由商业公司建设的核聚变实验装置[3]。
“洪荒70”内部的等离子体放电。

图源：energysingularity.cn

如果把视野拉得更远，终极燃料的棋局，还落了一子在月球上。2020年，中国科学家在嫦娥五号带回的月壤样本中确认了氦-3（氦元素的一种同位素）的存在。在月壤中，氦-3的估算储量高达100万吨以上。氘-氦3聚变几乎不产生中子，辐射极低，是真正意义上的“干净能源”。
当然，从确认存在到商业开采还有很远的路要走，但我们从从航天科技与核聚变技术身上，已经看到了未来能源革命的曙光：燃料从地球的有限矿藏，变成海水的无限循环，甚至月球的万年储备，有望显著缓解当下化石能源限制及其带来的地缘压力。文明将不再为能源本身打仗，这在人类几千年历史上第一次有实现的可能。
陪伴地球走过漫长岁月的银色卫星，是否也默默储备着文明未来的希望？

图源：ESO

我们通关了吗？

从16 MJ/kg的木材，到3.37亿MJ/kg的聚变。数字的背后，是人类花了百万年，不停地在换能量这张底牌。而每一张更大的牌，都让文明能做更大的事。
但也许，还有另一条路？我们能不能直接用天然的聚变炉——太阳？
2026年5月，中国“逐日工程”传来捷报：段宝岩院士团队在百米级距离实现了千瓦级微波无线传能，能够使用一套发射系统同时为多个移动目标供电[4]。这项技术被形象地称为“太空微波充电桩”。
逐日工程的终极形态，指向的正是戴森球——物理学家弗里曼·戴森在1960年设想的那个包裹恒星的能量收集结构。空间太阳能电站可以看作戴森球的最原始原型：把采集太阳能的设备搬到太空，只不过它目前只覆盖地球同步轨道的一小片区域；而戴森球的目标是覆盖整颗恒星。
人类的“逐日”之路，从神话中的夸父开始，到今天把电站搬上太空，再到有朝一日为自己点亮一颗真正的太阳。

这场能量底牌游戏的进度条，还远没有走完。

百万年前的第一束篝火，和今天上亿度的等离子体，是同一局游戏的不同回合。一代又一代人，都在做同一件事：换一张更大的能量底牌，让文明解锁更大的关卡。

而这一回合，游戏手柄递到了我们手里。如果有一天，这张底牌大到近乎无限——你希望用它来解锁什么？

# 展品超链接

上海科技馆中等比例复刻的“人造太阳”，试图为人类解决能源问题提供“终极答案”：

1F源动未来展区

人造太阳

参考文献

[1] Kardashev, N. S. “Transmission of Information by Extraterrestrial Civilizations.” Soviet Astronomy, 8, 217 (1964).

[2] “中国“人造太阳”创纪录！“亿度千秒”意味着什么？” 人民日报, 2025-01-22.

[3] “人造太阳”实现千秒级稳态运行，意味着什么｜新华智见” 新华每日电讯, 2026-04-09.[4] “追光逐日！我国建成‘太空发电站’雏形，百米传电破千瓦大关” 中国日报, 2026-05-22

作者：崔昺祎，上海科技馆展览研发中心编辑：一人白、一星期科学审核：杨洋，复旦大学现代物理研究所·核科学与技术系，副教授题图来源：版权图库