北京事件 8 月 13 日消息，1941 年，著名科幻作家艾薩克?阿西莫夫發(fā)表了短篇小說《推理》（Reason）。這是一個(gè)關(guān)于機(jī)器人和人工智能的警示故事，其奇特的背景設(shè)定至今仍被人津津樂道，那就是一個(gè)能收集太陽能，并通過微波向行星傳遞能量的空間站。在這篇作品之后，基于太空的太陽能利用就成為一個(gè)長(zhǎng)盛不衰的新奇想法。如果人類能夠掌握這項(xiàng)技術(shù)并籌集資金將之實(shí)現(xiàn)，人類世界就有可能因此改變。
▲ 美國(guó)國(guó)家航空航天局的一位藝術(shù)家在 1999 年繪制的軌道太陽能發(fā)電場(chǎng)。像許多其他太空太陽能設(shè)計(jì)一樣，該設(shè)施需要許多連接部件，這意味著發(fā)射成本將非常高昂
唐納德?布倫是美國(guó)最富有的房地產(chǎn)開發(fā)商之一，也閱讀了一些關(guān)于太陽能的書，他有能力為這一項(xiàng)目提供資金上的幫助。加州理工學(xué)院已經(jīng)于近日宣布，自 2013 年以來，唐納德?布倫和他的妻子布麗吉特已經(jīng)向該校捐贈(zèng)了 1 億多美元，助力軌道光伏發(fā)電的實(shí)現(xiàn)。
這項(xiàng)宏偉的工程將需要一大筆錢，而且更重要的是，相關(guān)的工作已經(jīng)進(jìn)行了十多年。加州理工學(xué)院的一個(gè)團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在 2022 年底或 2023 年首次發(fā)射一個(gè)測(cè)試陣列。
“這是一件相當(dāng)大膽的事情，”加州理工學(xué)院太空太陽能項(xiàng)目的聯(lián)合主管、電氣工程學(xué)教授阿里?哈吉米瑞說道。他認(rèn)為，較長(zhǎng)的時(shí)間線“能讓你抓住機(jī)會(huì)，承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)。有時(shí)這些機(jī)會(huì)會(huì)帶來回報(bào)，有時(shí)不會(huì)，但當(dāng)你以一種受訓(xùn)練的、有控制的方式去行動(dòng)時(shí)，你最終會(huì)得到意想不到的結(jié)果。”
現(xiàn)年 89 歲的唐納德?布倫的大部分財(cái)富（估計(jì)在 153 億到 161 億美元之間）都用于在加利福尼亞州奧蘭治縣建造辦公樓和住宅。他是紐約市標(biāo)志性的大都會(huì)保險(xiǎn)公司大樓的大股東，還為環(huán)境保護(hù)捐贈(zèng)了土地和資金。他很少接受采訪，盡管加州理工學(xué)院的太空太陽能項(xiàng)目已經(jīng)公開，但布倫對(duì)該項(xiàng)目的支持直到現(xiàn)在都是一個(gè)秘密。
高地球軌道是建造太陽能發(fā)電場(chǎng)的好地方，因?yàn)檫@里太陽永遠(yuǎn)不會(huì)落下，永遠(yuǎn)不會(huì)有遮蔽的云層。然而，為了產(chǎn)生大量的電力，以往的大多數(shù)設(shè)計(jì)都是不切實(shí)際的，不僅規(guī)模龐大，而且成本高昂，是當(dāng)前人類社會(huì)負(fù)擔(dān)不起的。在工程師們的描繪中，有巨大的桁架結(jié)構(gòu)，通常長(zhǎng)達(dá)數(shù)公里；光伏板或鏡子安裝在桁架上，吸收或集中陽光，將光能轉(zhuǎn)化成直流電，然后通過激光或微波光束傳輸?shù)降孛妗?/strong>建造這樣一個(gè)裝置可能需要數(shù)百次火箭發(fā)射。在很多人看來，這注定是一項(xiàng)因?yàn)橐?guī)模太大而無法成功的技術(shù)。
“真正需要做的是技術(shù)上的范式轉(zhuǎn)換，”該項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人、加州理工學(xué)院應(yīng)用物理和材料科學(xué)教授哈里?阿特沃特說，“我們談?wù)摰牟皇敲科椒矫?1 公斤的重量，而是今天就可以制造的、每平方米只有 100 到 200 克的系統(tǒng)。我們有一個(gè)路線圖，希望能將這個(gè)范圍降至每平方米 10 到 20 克。”
那么，這個(gè)路線圖如何實(shí)現(xiàn)？當(dāng)然不可能一蹴而就，但我們可以改變思路，或許最大的改變就是制造模塊化的太陽能電池板。輕質(zhì)的砷化鎵光電池將被連接到“瓦片”—— 由加州理工學(xué)院設(shè)計(jì)的太陽能板基本單元 —— 每塊“瓦片”可能只有 100 平方厘米大小，相當(dāng)于一個(gè)甜點(diǎn)盤。
關(guān)鍵在于，每塊“瓦片”本身就是一個(gè)微型太陽能發(fā)電站，配有光伏裝置、微型電子元件和微波發(fā)射器。所有“瓦片”將連接在一起，形成更大的“模塊”，面積或許能達(dá)到 60 平方米。數(shù)千個(gè)模塊將形成一個(gè)六邊形發(fā)電站，每條邊 3 公里長(zhǎng)。這些模塊之間甚至沒有物理連接，沒有沉重的支撐梁和捆綁的電纜，質(zhì)量也更少。
“你可以把它想象成一群魚，”阿特沃特說，“就像一大群相同的獨(dú)立元素在編隊(duì)飛行。”接下來，向地面接收器的能量傳輸將通過同步的相控陣微波信號(hào)來實(shí)現(xiàn)，這樣它們就可以在沒有移動(dòng)部件的情況下進(jìn)行瞄準(zhǔn)。阿特沃特表示，這種傳輸本質(zhì)上是安全的，因?yàn)槲⒉芰坎皇请婋x輻射，其能量密度將“等于陽光中的功率密度”。
實(shí)現(xiàn)太空太陽能發(fā)電可能還需要幾年的時(shí)間。美國(guó)航空航天公司空間政策和戰(zhàn)略中心的分析師警告稱，這“不會(huì)是一個(gè)快速、簡(jiǎn)單或全面的解決方案”。從互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星到美國(guó)國(guó)家航空航天局重返月球和登陸火星的計(jì)劃，太空發(fā)射的成本正逐步下降，而新的航天器也不斷升空。美國(guó)航空航天公司的分析師表示，地面電網(wǎng)可能不是太陽能衛(wèi)星的第一批用戶，對(duì)此更有需求的將是其他太空飛行器，畢竟從環(huán)繞軌道的太陽能發(fā)電場(chǎng)接收微波束將比擁有自己的太陽能電池板更加實(shí)用。
“是否會(huì)增加大量額外的工作？是的，”哈吉米瑞說，“但其中一些以往曾作為主要看點(diǎn)的工作，我們正一步步地加以解決。”這一切都讓加州理工學(xué)院的工程師們興奮不已。“對(duì)我們來說，愿意冒險(xiǎn)是很重要的，”哈吉米瑞補(bǔ)充道，“我們?cè)诔哂刑魬?zhàn)性的問題前進(jìn)，如果成功的話，我們的生活將大衛(wèi)改善。”
原標(biāo)題：如何在太空中建造太陽能發(fā)電場(chǎng)？相關(guān)工作已進(jìn)行十多年
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