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无线传输是关键
接受采访的专家均表示,空间太阳能电站从长远看是可行的,但是需要在三项技术上有所突破。
空间太阳能电站是一个巨型的发电站,如果将国际空间站作为对比,其在1993年开始实施建造,直到2011年底完成组装工作,总质量为420吨左右,花费了16个参与国超过1000亿美元的资金。而太阳能电站,光伏电池、微波转换装置、发射天线等装置将被装载到卫星平台上,该系统的质量将达到万吨级以上,组装时的运输成本就大得惊人。有预算显示,建设这样一个太阳能发电站需要耗资3000亿~10000亿美元。
“如果无法减轻系统质量,就不可能降低技术复杂性和建造成本。对于一个国家而言,这个工程项目的经济可行性几乎为零。”中国空间技术研究院研究员、《国际太空》杂志副主编庞之浩告诉《中国科学报》记者,由于近年来,太空电梯成为美国、日本等竞相研发的空间课题,一旦空间运输技术得到实质性的突破,运输成本大大降低,也许将为空间太阳能电站的建设提供很大的技术便利。
朱春波说,通过微波传输,在地面还需要一个拥有巨大接收天线的储能电站,占地至少几公里到几十公里,并且需要建在沙漠或海洋等无人区域,才能最终通过储能电站传输给地面用户。
此外,张波认为,现实中阻挠这项技术进步的关键就在于无线传输的效率问题。这也是空间太阳能电站需要突破的第二项技术。
目前无线传输研究比较多的就是微波传输,第二种是近距离电磁感应,第三种是谐振。想要实现从太空到地面的传输,微波是最理想的方式,因为它的传输距离最远。近距离电磁感应的传输单位是毫米到厘米,而谐振的传输单位也只能到米。
微波的理想频率为2.45GH(千兆赫)或5.8GH,这两个波段都处于红外线与FM/AM无线电信号之间,最容易穿透大气层。但是张波表示,微波最大的问题是传播效率低,大概只有10%左右。
曼金斯的研究团队也在考虑利用激光束将能量传回地球。朱春波认为,激光束从能量传递上确实有很多优势,不仅损耗小,而且能量集中,这样地面的接收站可以做得更小。但激光束是高密度能量,能够定向损毁目标,如果利用它来传输能量,就需要有能够接收这种高密度能量的技术。“这种高密度能量的接收端,我们还做不到。这涉及到材料的进步,它需要能够接收激光束的高密度能量并且转化为电能。”
除了技术方面的瓶颈,微波对环境的影响,恐怕也是太空向地面传输能量的一个障碍。朱春波说:“在微波的传输通道上,不能有生物存在。因此,接收微波的电站必须建在一个无人区,包括空中也要避开航空活动。条件十分苛刻。”
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