未来电从天上来
庞之浩
①太阳是地球乃至整个太阳系取之不尽的核心能源系统。若地球上的传统能源面临枯竭，太空电站或将成为21世纪解决能源问题的重要途径。太空电站，简而言之，就是把地面的太阳能发电装置搬到太空，在“天上”将太阳能转化为电能，再通过无线能量传输方式送到地面。
②电站“上天”，主要是为了更高效地利用太阳能。在地面上，太阳能受到大气的吸收和散射、云雨的增减，以及季节、昼夜更替等因素影响而衰减很多，能量密度也发生巨大变化，很不稳定。而太空中的太阳能却非常充裕。据估算，每平方米太阳能电池在中国西北地区的最高发电功率约为0.4千瓦，在平流层为7—8千瓦，而在地球同步轨道上，发电功率可达10—14千瓦。即便电能在多次转换过程中有所损耗，太空发电的整体效率仍非常可观。
③从技术原理来看，太空电站主要由三部分组成：发电装置将太阳能转化为电能；能量转换和发射装置将电能转换成微波或激光等形式，并向地面接收系统发送波束；地面转换装置将其转换为电能接入电网。美国科学家研发出了一种“光伏射频天线模块”，用于发电和能量转换，并计划于2023年进行空间段到地面段的电力传输演示。
④太空电站不受天气和纬度等自然因素影响，可以大规模收集、转换和利用太阳能，发电量与地面核电站相当。不仅如此，从太空中获取的电能通过无线方式传输到世界各地，不用依赖大规模电网，可对偏远地区、受灾地区及重要设施等进行定向供电或移动供电。比如，假若有了太空电站，电动车就无须再四处寻找充电桩，可以随时随地进行移动充电。
⑤不过，建造太空电站还需要攻克多重技术难关。单个太空电站的面积至少相当于 1400个足球场，发电功率为兆瓦级，使用寿命需达到30年以上。要建造这么宏大的空间系统，在材料、运载、航天器控制、在轨组装及维护等不少关键领域仍有待突破。远距离无线传输大功率电能技术也亟待攻关。此外，高昂的成本和安全隐患也须考虑在内。
⑥未来，电从天上来。英国对太空电站已展开研究，日本也开始了试验。中国已于2018年在重庆启动首个太空电站实验基地，还绘制出了实现太空电站目标的技术路线图，有望成为世界上首个建成有实用价值太空电站的国家。
(选自《人民日报》2021 年 4月 1 日，有删改)
