未來電從天上來

太陽是地球乃至整個太陽系取之不盡的核心能源系統。隨著地球傳統能源面臨枯竭，太空電站或將成為21世紀解決能源問題的重要途徑。太空電站，簡而言之，就是把地面的太陽能發電裝置搬到太空去，在“天上”將太陽能轉化為電能，再通過無線能量傳輸方式送到地面。

據報道，科學家正在探索的在太空利用太陽能發電并傳輸回地球的方法已取得突破性進展。如果這項“隔空傳電”技術成熟，人類離太空電站將更近一步。

電站“上天”，主要是為了更高效地利用太陽能。在地面上，太陽能受到大氣的吸收和散射、云雨的增減以及季節、晝夜更替等因素影響而衰減很多，能量密度也變化巨大，很不穩定。太空中的太陽能卻非常充裕。據估算，每平方米太陽能電池在中國西北地區的最高發電功率約為0.4千瓦，在平流層為7～8千瓦，而在地球同步軌道上，發電功率可達10～14千瓦。即便電能在多次轉換過程中有所損耗，太空發電的整體效率仍非常可觀。

從技術原理來看，太空電站主要由三部分組成：發電裝置將太陽能轉化為電能，能量轉換和發射裝置將電能轉換成微波或激光等形式，并向地面接收系統發送波束，最后地面轉換裝置再將其轉換為電能接入電網。美國科學家研發出一種“光伏射頻天線模塊”，用于發電和能量轉換。今年1月，科學家已驗證這項技術在軌測試結果優于地面測試效果，計劃于2023年進行空間段到地面段的電力傳輸演示。

太空電站不受天氣和緯度等自然因素影響，可大規模收集、轉換和利用太陽能，發電量與地面核電站相當。不僅如此，從太空中獲取的電能通過無線方式傳輸到世界各地，不依賴大規模電網，可對偏遠地區、受災地區以及重要設施等進行定向供電或移動供電。比如，假若有了太空電站，電動車就無需再四處尋找充電樁，可以隨時隨地進行移動充電。

不過，建造太空電站還需要攻克多重技術難題。例如，單個太空電站的面積至少相當于1400個足球場，發電功率為兆瓦級，使用壽命需達到30年以上。要建造這么宏大的空間系統，在材料、運載、航天器控制、在軌組裝及維護等不少關鍵領域仍有待突破。有人建議，可利用成千上萬顆小衛星，像拼插積木一樣將大型太陽能發電機組裝起來;或者是通過太空3D打印，未來在空間站上直接制造和部署太空電站。此外，遠距離無線傳輸大功率電能技術目前也亟待攻關。

高昂成本和安全隱患也須考慮在內。比如，地球同步軌道上不僅有隕石，還有大量太空垃圾，太空電站隨時有被撞擊損壞的風險。不過，作為一種高效又環保的發電方式，太空電站仍被許多國家看好。英國政府已委托有關部門對太空電站展開研究，日本科學家也在試驗將電能轉換為能量波傳輸到地表的方式。中國首個太空電站實驗基地已于2018年在重慶啟動，還提出了實現太空電站目標的技術路線圖，有望成為世界首個建成有實用價值太空電站的國家。