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今天,高效率微波功率传输这一关键技术已经取得相当大进展。已经知道,对于频率为5.8千兆赫的微波功率发生器,从直流电转变为射频的变换器效率可达到80%以上;与之对应,在地面上安装的、能把空间的微波能量转化为电能的“整流天线”效率也可优于80%,这就为太空电站的建设取得实质进展提供了重要的技术保证。
不过,要使卫星发射出来的巨大微波束与地面的网格型天线一直保持同步,是一个尚未解决的技术难题。
太空电站建造成本极具挑战性
要建造一个百万千瓦级的太空电站,就要运输至少几平方公里面积的太阳能电池板,取决于未来使用的太阳电池的效率。如果设计方案需要,还要安装巨大的太阳光反射镜以便汇聚更多太阳光。电池板和聚光镜的框架结构材料必须既轻便又有足够强度、长短合适。此外,还要在太空安装巨大的微波功率发生和发射设备等。
要想把这么多设备运上太空,具有更大运载能力的运载火箭技术还有待进一步提高,这也直接影响着运载成本。
同时,要想在太空组装这么巨大的电站,需要研发一种适应在太空装配的、模块式的、灵活的柔性阵列架构(这有点儿像儿童玩积木游戏),以便将这个巨大无比的太空电站组装成功。成百上千吨物资在遥远的太空上要有条不紊地依次组装,需要用多少宇航员在太空生活多久来完成?这些问题都必须经过仔细考量。当然,今天的机器人技术已经很先进,利用机器人在太空完成部分安装工作,可以大大节省成本、降低风险,这也有待实验验证。
但所有技术上的困难,似乎都比不上更为重要的资金成本的考量。根据现有运载火箭的运载能力估算,建造这样的太空电站每年要发射上千次之多,耗资相当巨大。建设一个太空电站比在地面建设相同级别的太阳能电站要贵百倍以上,这实际上已经成为一个巨大障碍。
然而,尽管存在着种种挑战,太空电站仍然是一个有着巨大潜力的新能源获取方式。如果我们把想象力再解放一下,太空电站的电力还可以供向月球及其他任何人类可能到访的天体,那将是一幅非常美妙的图景。
延伸阅读
研发太空电站
日本走在前列
近几年,石油生产国一直不稳定,核能发电的安全问题又备受质疑,能源问题再度凸显,促使美国、欧盟、日本、俄罗斯等又把目光投向太空。目前美国、日本、欧盟、俄罗斯等都提出了自己的国际空间太阳能电站的构想,预计投资数百亿美元,建立100万千瓦的商业性装机电站,在2030年至2040年投入使用。
日本航天机构在研发太空电站方面态度十分积极。据报载,两年前日本一个由多家公司联合组建并得到政府支持的研究小组宣布,投资方出资210亿美元,准备在2030年前能在距地35800公里的地球同步轨道上建立一个巨大的太空太阳能发电站,并将电传回到地球,据称达到100万千瓦的规模,光是太阳能电池板总面积就达到4平方公里,使用寿命设计为30年,可供近30万户东京居民的用电需要。根据这个计划,在前4年的时间里将先行研发用微波将电能传回地球的技术。
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