太空太陽能電站

在地球靜止軌道建設太陽能電站的項目已在籌劃階段，這個項目是由日本政府發起的。估計投資將達到2萬億日元（約合210億美元）。大規模軌道建設項目面臨的挑戰和困難是難以估量的，不過，這些挑戰和困難將來有一天定會被克服，因為對行星際飛船、太空梯和軌道發電站的需要是人類所無法抗拒的。如今，在地球靜止軌道建設太陽能電站的項目已在籌劃階段，估計投資將達到2萬億日元(約合210億美元)。

太空太陽能電站是基於太空太陽能發電技術發展起來的。利用衞星在太空中把太陽能聚集起來，然後把能量集中射向地面，再轉變成電能供人類使用。

太空中的陽光強度要比地面大5-10倍。太空太陽能發電技術可提供恆定而沒有污染的能量，這與地面上斷斷續續、受雲層遮蓋影響較大的太陽能利用方式有很大區別，而且不會像燃料電廠那樣排放污染物，也不會像核電站那樣產生放射性廢料。太空太陽能發電技術之所以能成為一項革命性技術，就在於這種技術所改變的將是能源的整體格局。

自從二十世紀六十年代以來，人類就從科學角度論證了太空太陽能發電技術的可行性，而從太空軌道往地面發射微波的概念也證實是可行的。例如，用一系列太陽能通訊衞星就能夠夜以繼日地向地面接收站發射各種頻率的電磁波，以接通移動電話或把電視信號中轉給天台上的碟形天線。可是，能否把從太空上發射來的太陽能轉變成可以進入輸電網中的電能，則還沒有實例。

2008年，美國和日本兩國的科研人員已跨越了太空太陽能發電技術的一個重要門檻，他們在夏威夷兩座相距90英里的海島上，成功實現了微波級能量的無線遠距傳輸，這個距離相當於從太空軌道傳送能量到地面所要穿透的大氣層厚度。近些年來，與太空太陽能發電技術有關的其他多種技術也取得了重大進展。大約十年前，光電效率（即光能轉換成電能的轉換率）只有10%，而現在已經能達到40%。衞星技術也得到了改進，其中的全自動計算機系統以及先進的輕質建材也取得了飛躍性的進步。

被俘獲的太陽能就在衞星上被轉換成含有能量的電磁波，即特定波段的微波。為傳送到地面，微波的理想頻率應為2.45GH（千兆赫）或5.8GH，這兩個波段都處於紅外線與FM/AM無線電信號之間，最容易穿透大氣層，但在穿越大氣層過程中仍有部分能量損失，不過物理學家還不知道確切的損耗率是多少。微波能將在空中形成一道無形的微波柱，直徑大約為一英里或兩三公里。地面上有依網格化排列的橢圓形天線，叫做網格天線，佔地面積與微波柱相當，專門接受微波能，轉換後即可送往傳統的輸電網。

有專家對太空太陽能發電技術的安全性做出質疑。太空太陽能發電技術的本質是微波輻射，微波輻射是一種非離子化過程，就像可見光或無線電信號一樣。微波輻射與X射線和伽瑪射線不同，是不具有足夠的能量的，從而不會使原子或分子失去電子而變成帶電粒子，造成DNA及其它生命分子的損壞。

科學家認為，從該系統中擴散出去的能量束對人體或野生動物不會構成健康威脅，即使處在能量最強的中心地帶也不會。鳥類若飛過從太空輻射到地面的微波核心地帶，可能會感到有絲絲暖意，但體温並不會升得很高。如果萬一有微波束偏離網格天線，也可以人為地使其分散開來，同時不會在一定區域內肆虐，為害四方，這樣的微波是不會把飛鳥烤熟，或把雲層變成蒸汽的。美國太空能源公司擬建造的第一座營業性太陽能電站所依據的就是上面所介紹的原理，其設計的不間斷髮電能力為一千兆瓦，相當於一座大型的核電站。

6月17日，阿聯酋迪拜世博組委會代表團來訪我院，就空間太陽能電站（SSPS）技術進行了交流，李明副院長主持會見。 ^[1] 

迪拜世博組委會負責籌備2020年迪拜世博會，將SSPS技術視為戰略研究方向，希望在世博期間進行技術演示，展示迪拜乃至整個阿拉伯世界的科技水平，計劃長期關注該領域的發展並提供資金支持。

會談中，我院就外方關心的問題進行了重點解答，針對錢室團隊提出的多旋轉關節式SSPS構型佈局等技術細節及指標進行了深入討論，介紹了等離子體通道和激光無線能量傳輸方面的最新研究成果，以及在ITU進行頻率軌位申報方面存在的問題、風險和建議。阿方對會談結果表示滿意，堅定了後續投資SSPS項目的信心，認為我院在該領域擁有全球最頂尖的技術團隊，期待在不久的將來與我院開展務實合作。 ^[1] 

太空太陽能電站所需的各種光能收集板、支架和中心發射器等，可先在地面建造，耗時大約兩年左右。把所有裝備送上低地軌道（LEO）並安裝成第一顆太空太陽能發電技術衞星，大約需要進行40～60次發射。到達軌道後，所有的光電板會像雨傘那樣自動展開，再由機器人來裝配和集成。

太空太陽能電站也面臨很多危險因素和工程學難題。例如，像最近威脅過國際空間站的太空垃圾那樣，在太空電站裝配期間，其主體也許會受到太空垃圾的撞擊。而要使衞星發射出來的巨大微波束與地面的網格形天線一直保持同步，也是一個尚未解決的技術難題。

日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)提議，未來25年，日本計劃建造太空太陽能電站。該機構詳細描述了這一計劃，從太空太陽能電站創建一個年發電量10億瓦的商業系統，這相當於一座核電站每年發電量。

JAXA退休教授司理佐佐木(SusumuSasaki)概述稱，未來計劃在東京灣海港建造一個3公里長的人造島嶼。這座島嶼佈設了50億個天線，能夠傳輸微波能量變換成電能。這些微波能量是從3.6萬公里高空巨大太陽能收集器發射至地面。

為了收集這些太陽能量，人造島嶼兩個巨大鏡面一天24小時對準空中太陽能電站。此外，在人造島嶼上建造一個單獨的變電所，將電能通過海底電纜發送至東京，保證東京市區供電需求。 ^[2]