宇宙太陽能,化石燃料替代品,時代的能源革新

衛星傳送,宇宙能源,人類終將告別能源緊缺?

宇宙太陽能時代也許終將來臨

一些研究者說,這個長期以來的科幻夢想可能將在未來10年左右成為現實。

宇宙中從不日落。

因此,長期以來,通過能量發射型衛星來收集太陽能的想法一直吸引著研究者去尋找方法,由此來滿足急需能源的地球。

這種想法雖然已經存在了幾十年,但如今正吸引著全世界新的目光:美國和中國的技術人員,日本的專家和來自歐洲航天局以及英國航天局的研究者都在致力於開發宇宙太陽能。

歷史中的機械裝置

歷史中的機械裝置

無線電傳輸的想法可追溯至十九世紀末期的尼古拉·特斯拉。

到了1968年,太陽能衛星的概念被美國太空先驅彼得·格拉澤詳細闡述並申請為專利。他設計了一種新穎的方法:利用太陽能電池從光線中收集能量,再向地球上的接收天線發射高能微波,這些微波進而被轉化為電能並供應給電網。

接著,二十世紀七十年代中期,在美國宇航局噴氣推進實驗室的加州戈德斯通深空通訊中心,數十千瓦的微波功率傳輸實驗成功開展。

這趟「能源之旅」仍未止步。

振奮人心的進展

振奮人心的進展

加州聖瑪麗亞的阿爾忒彌斯創新管理解決方案公司的總裁約翰·曼金斯說,在過去的十年裡,研究人員已經取得了一些振奮人心的進展,這些進展增加了宇宙太陽能在未來十年內實現的可能性。他的觀點是: 宇宙太陽能作為一種可持續能源替代品的長期願景,應該根據最近的進展被重新審視。

曼金斯告訴我們,一系列關鍵點支持了這一觀點。他說:「氣候變化真的將是一場災難。各國都承諾實現零碳排放,但卻不知道採用何種方法才能兌現承諾。」

他補充說,「新太空」 迅速展現出來的價值也正在重塑21世紀太空活動的格局。「實現宇宙太陽能的兩個最大障礙一直是發射成本和硬體成本,」曼金斯說,「如果這兩項問題和飛行速率的問題都被解決,你就能得到人們一直討論的太陽能衛星的資料。」

大型衛星群

大型衛星群

最近另一個變化是大型衛星群的出現,曼金斯補充道。

美國太空探索技術公司的星鏈衛星寬頻網路就是一個典型的例子,該網路的構建涉及一個大批量生產項目,目前該項目每月能生產30噸衛星。美國太空探索技術公司有望在五年內製造併發射4萬顆衛星。

「通往低成本硬體的道路已經顯現,」曼金斯說,「這種生產是模組化且大批量的。目前有關發射以及硬體費用方面的障礙已被克服。」

他認為在短期內,即未來十年內,宇宙太陽能這個概念從經濟方面來考慮不會比現在更可行。他提到了空間發射能力的進步;用於空間裝配、維護和服務系統的機器人技術的進展;以及各種元件技術的進步,比如高效固態功率放大器。

曼金斯說:「因此,宇宙太陽能已經做好了迎接曙光的準備。」

天文電

天文電

在早期,航天研究所所長詹姆斯·麥可·斯尼德便專注於理解宇宙太陽能所需的能源政策,他也是宇宙太陽能建設的早期參與者。他採用了「天文電」這個術語來描述宇宙太陽能系統產生的可傳輸電力。

在展望他所說的 「即將到來的天文電時代 「時,他看到了一個需要石油和天然氣——目前維持工業生活水平的兩種主要能源——的替代物的世界。

斯尼德設想了2100年的世界,那時大約20%的電力來自陸地核電和可再生能源,其餘80%的電力由天文電供應。

斯尼德告訴我們:「正如在過去的80年中,對中東石油的軍事、經濟和外交控制對世界局勢產生實質性影響一樣,對宇宙太陽能平臺的控制將在本世紀主導外太空活動。「

‘像勝利者一樣表現’

‘像勝利者一樣表現’

在新的藝術作品、經濟計劃和概念性宇宙太陽能思潮湧動的同時,有一個空間技術實驗已經在進行中。

在其2020年5月的最新發射任務中,太空部隊的X-37B機器人太空飛機負責開展光伏射頻天線模組飛行實驗(PRAM-FX),這是海軍研究所的一項有關將太陽能轉化為射頻微波能量的研究項目。

X-37B的研究重點不是建立一個實際的功率發射鏈,而是評估陽光到微波轉換的性能。

「它表現得像一個勝利者,」海軍研究所一位工作領域在電力傳輸和太陽能衛星的電子工程師保羅·賈非說,「我們定期獲得資料,這些資料超出了我們的預期。」

PRAM-FX主要由商業部件組成,而不是「空間級」硬體。「它正在繼續運作並給我們積極的結果,這相當鼓舞人心,」賈非說。商業部件是大規模生產的,而許多空間級的部件則是一次性定製的。

賈非認為,太陽能衛星——那些設想在高地球軌道上運行的衛星——將有數千個商業元件在X-37B上進行測試。

推動經濟發展

推動經濟發展

當然,在這之前還有很多工作要做。

賈非說:「反對太空太陽能的人認為它不能顯著推動經濟發展。但那些深入了解過這個研究方向的人明白,站在物理學的立場來說,你沒有理由不去開發這個項目。」

「隨著太空硬體的大規模生產,以及空間接入成本的降低,它更有可能正常工作,」他補充道,「人們不能過度樂觀,但我也要指出,情況正在發生變化,宇宙太陽能領域有很多鼓舞人心的進展。」

賈非總結說,宇宙太陽能肯定會與 「平準化能源成本 「度量標準進行比較。「只是沒有足夠的資料來提出空間太陽能發電的平準化能源成本基礎。這是不成熟的。你現在看到的是在為這種評估奠定基礎。」

清晰,負擔得起的道路

清晰,負擔得起的道路

為此,阿爾特彌斯創新管理解決方案公司的曼金斯推出了基於任意大相控陣的太陽能衛星,他在10月25日至29日在阿聯酋迪拜舉行的第72屆國際宇航大會上展示了這一設計。他詳細介紹了宇宙太陽能的商業模式和分步驟發展方案,他認為這個設想預示了一條通往急需的新能源選擇的清晰、實惠的道路。

曼金斯說:「我相信你們可以在未來十年內用上太陽能衛星。」

加上多國都把宇宙太陽能作為有希望的未來發電系統的事實,這種可能性引發了一個問題:太陽能衛星競賽正在進行嗎?

曼金斯說,已經很接近了。「我認為這必須是盟友之間的合作。但我認為我們很可能會與中國競爭。我們等待有關氣候變化政策的時間越長,就越有可能錯過良機。」

曼金斯在評估宇宙太陽能和所需技術方面有26年的經驗。「時機已經到了,」他說,「我認為正確的答案很清楚:我們需要去做。」

BY: Leonard David

FY:Theodore0332

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選文:天文志願文章組-

翻譯:天文志願文章組-

審核:天文志願文章組-

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排版:天文志願文章組-零度星系

美觀:天文志願文章組-

參考資料:

維基百科全書

天文學名詞

3、原文來自:https://www.space.com/space-solar-power-research-advances

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