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 這聽起來像科幻小說：漂浮在太空中的巨型太陽能發(fā)電站向地球發(fā)射大量的能量。在很長一段時間里，這個概念主要是對作家的啟發(fā)。這個概念最初由俄羅斯科學(xué)家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基（Konstantin Tsiolkovsky）在20世紀(jì)20年代首次提出。
然而，一個世紀(jì)后，科學(xué)家們在將這一概念變?yōu)楝F(xiàn)實方面取得了巨大進(jìn)展。歐洲航天局已經(jīng)意識到這些努力的潛力，現(xiàn)在正尋求為這些項目提供資金，并預(yù)測我們將從太空獲得的第一個工業(yè)資源是“束流能量”。

氣候變化是我們這個時代最大的挑戰(zhàn)，所以有很多風(fēng)險。從全球氣溫上升到天氣環(huán)境的變化，全球各地已經(jīng)感受到氣候變化的影響。要克服這一挑戰(zhàn)，就需要徹底改變我們的能源生產(chǎn)和消費(fèi)方式。

近年來，可再生能源技術(shù)發(fā)展迅速，效率提高，成本降低。但阻礙它們吸收的一個主要障礙是它們不能提供持續(xù)的能量供應(yīng)。風(fēng)能和太陽能發(fā)電廠只有在風(fēng)吹或陽光明媚的時候才能產(chǎn)生能量，但我們每天都需要24小時不間斷的供電。最終，我們需要一種大規(guī)模儲存能源的方法，然后才能轉(zhuǎn)向可再生能源。

空間的好處

一種可能的解決辦法是在太空中產(chǎn)生太陽能。這有很多好處。一個太空太陽能發(fā)電站可以一天24小時地繞軌道直面太陽。地球大氣層也會吸收和反射一些太陽光，因此大氣層上方的太陽能電池將接收更多的陽光，產(chǎn)生更多的能量。

但要克服的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一是如何組裝、發(fā)射和部署這種大型結(jié)構(gòu)物。一個太陽能發(fā)電站的面積可能要達(dá)到10平方公里，相當(dāng)于1400個足球場。使用輕質(zhì)材料也很關(guān)鍵，因為最大的開支將是用火箭將空間站發(fā)射到太空的費(fèi)用。

一個被提議的解決方案是開發(fā)一個由數(shù)千顆小型衛(wèi)星組成的集群，這些衛(wèi)星將聚集在一起并配置成一個單一的大型太陽能發(fā)電機(jī)。2017年，加州理工學(xué)院（California Institute of Technology）的研究人員概述了一個模塊化發(fā)電站的設(shè)計，該電站由數(shù)千塊超輕型太陽能電池板組成。他們還展示了一塊每平方米重量僅為280克的瓷磚原型，與卡片的重量相似。

最近，制造業(yè)的發(fā)展，如3D打印，也在關(guān)注這一應(yīng)用。在利物浦大學(xué)，科學(xué)家正在探索將超輕型太陽能電池印刷到太陽帆上的新制造技術(shù)。太陽帆是一種可折疊、輕量化、高反射的薄膜，能夠利用太陽輻射壓力的影響，在沒有燃料的情況下推動航天器前進(jìn)?？茖W(xué)家正在探索如何在太陽帆結(jié)構(gòu)上嵌入太陽能電池，以建立大型無燃料太陽能發(fā)電站。

這些方法將使科學(xué)家能夠在太空建造發(fā)電站。有朝一日，從國際空間站或未來繞月軌道的月球門戶站是可以建造這樣的發(fā)電站的。這樣的裝置可以為月球上的裝置提供電力。

這項技術(shù)的可能性還不止于此。雖然我們目前依賴于來自地球的材料來建造發(fā)電站，但科學(xué)家們也在考慮利用太空資源進(jìn)行制造，比如在月球上發(fā)現(xiàn)的材料。

如何將太空發(fā)電站的電能傳輸?shù)降厍?br />
另一個主要的挑戰(zhàn)是如何將能量傳輸回地球。這項計劃是將太陽能電池的電能轉(zhuǎn)換成能量波，并利用電磁場將其傳輸?shù)降厍虮砻娴奶炀€上。然后天線將把電波轉(zhuǎn)換回電能。由日本宇宙航空研究機(jī)構(gòu)領(lǐng)導(dǎo)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出了設(shè)計方案，并演示了一個能夠做到這一點的軌道飛行器系統(tǒng)。

在這一領(lǐng)域仍有許多工作要做，但目標(biāo)是在未來幾十年內(nèi)，太空太陽能發(fā)電站將成為現(xiàn)實。中國的研究人員設(shè)計了一種叫做Omega的系統(tǒng)，他們的目標(biāo)是在2050年前投入使用。這個系統(tǒng)應(yīng)該能夠以峰值性能向地球電網(wǎng)提供2GW的電力，這是一個巨大的數(shù)字。要想用地球上的太陽能電池板產(chǎn)生這么大的能量，你需要600多萬塊。

小型太陽能衛(wèi)星，比如那些為月球車提供動力的衛(wèi)星，可能會更快投入使用。

在全球范圍內(nèi)，科學(xué)界正致力于太空太陽能發(fā)電站的開發(fā)。希望有朝一日它們能成為我們應(yīng)對氣候變化的重要工具。