3.5∶1——這是空間太陽能發(fā)電與地面太陽能發(fā)電的效率比。歐洲已將空間太陽能發(fā)的電賣到四川，但很多中國人卻連這種電怎么來的都不明白。

談到從幾萬米的太空收集太陽能發(fā)電，有人覺得不可思議。高昂的設(shè)備裝置費(fèi)用、難以解決的電力傳輸問題、對人類活動(dòng)的影響等等憂慮，讓人覺得這個(gè)想法有點(diǎn)異想天開。

然而，包括歐、美、日在內(nèi)的發(fā)達(dá)國家正如火如荼地開展空間太陽能發(fā)電的研究與產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2009年，日本航天開發(fā)局宣布已開始開發(fā)太空太陽能發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)將從離地球表面以外3.6萬千米、與地球旋轉(zhuǎn)同步的衛(wèi)星上的大型太陽能收集能源。

空間太陽能發(fā)電技術(shù)是指在距離地球幾萬米的太空布置太陽能發(fā)電裝置，并利用微波或激光等無線傳輸手段將電傳送到地面。大規(guī)模收集和利用太陽能(包括利用空間太陽能)作為人類最基本的能源供應(yīng)途徑，最終將促使未來人類文明的巨大跨越。

空間太陽能發(fā)電系統(tǒng)基本上由三部分組成：太陽能發(fā)電(或收集)裝置、空間微波或激光轉(zhuǎn)換發(fā)射裝置和地面接收轉(zhuǎn)換裝置。太陽能發(fā)電裝置將太陽能轉(zhuǎn)換為電能;空間轉(zhuǎn)換裝置將電能轉(zhuǎn)換成微波或激光并利用天線向地面發(fā)送能束;地面接收轉(zhuǎn)換系統(tǒng)通過天線接收空間發(fā)來的能束，將其轉(zhuǎn)換成電能或化學(xué)能。能量轉(zhuǎn)換的相關(guān)材料至關(guān)重要，激光傳輸空間能量是空間太陽能電站關(guān)鍵技木之一，太陽能轉(zhuǎn)換與無線能量的傳輸?shù)入y題。

將電池陣放置在地球軌道上，建成太陽能發(fā)電站--這是1968年美國科學(xué)家首先提出的建造空間太陽能光伏電站構(gòu)想。有資料稱，從理論上說，在陽光充足的地球靜止軌道上，每平方米太陽能能產(chǎn)生1336瓦熱量，如果在地球靜止軌道上部署一條寬度為1000米的太陽能光伏電池陣環(huán)帶，假定其轉(zhuǎn)換效率為100%，那么，它在一年中接收到的太陽輻射通量差不多等于目前地球上已知可開采石油儲(chǔ)量所包含的能量總和。

將引發(fā)新一輪技術(shù)革命

目前，包括美、俄、日、歐在內(nèi)的發(fā)達(dá)國家正如火如荼地開展空間太陽能發(fā)電的研究與產(chǎn)業(yè)發(fā)展。作為一勞永逸地解決人類能源危機(jī)的終極新能源，目前人們公認(rèn)的只有兩個(gè)：

其一，是在地面上建立核聚變發(fā)電站;

其二，是在空間建立太陽能發(fā)電站。特別是當(dāng)建立核聚變發(fā)電站能否在50年內(nèi)實(shí)現(xiàn)核聚變能發(fā)電商業(yè)化尚存在著爭論的情況下，空間太陽能在技術(shù)上有可能在20~30年內(nèi)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的預(yù)測對人們有巨大的吸引力。

發(fā)展低成本重型空間運(yùn)輸系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)空間太陽發(fā)電的一個(gè)重要基礎(chǔ)。目前地球同步軌道每公斤的發(fā)射成本高達(dá)10萬元左右。根椐有關(guān)方面分析，要使空間太陽能發(fā)電具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，需要將地球同步軌道每公斤的發(fā)射成本降至為0.13萬元左右。即要求運(yùn)載器每公斤的發(fā)射成本下降2個(gè)數(shù)量級。

空間太陽能電站發(fā)電整個(gè)過程經(jīng)歷了太陽能-電能-微波(激光)-電能的能量轉(zhuǎn)變過程，空間電站的建造和運(yùn)行過程還需要包括大型的運(yùn)載系統(tǒng)，空間運(yùn)輸系統(tǒng)，及復(fù)雜的后勤保障系統(tǒng)，將空間太陽能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的背后有一系列科學(xué)難題需要解決，人類在開發(fā)過程中帶來的技術(shù)進(jìn)步可能引發(fā)新一輪的產(chǎn)業(yè)技術(shù)革命。

發(fā)達(dá)國家已開始部署

2007年10月，五角大樓向美國國家安全太空辦公室提交了的一份報(bào)告指出，裝置在巨型衛(wèi)星上的太陽能電池板可以搜集太空能量，為地面上位于各地的美軍基地提供能源。由于發(fā)射巨型衛(wèi)星目前還不可行，研究人員提議在西太平洋小國帕勞先開展小型模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)中，一枚距地480公里運(yùn)行的衛(wèi)星將把太空能量傳送到地面，一個(gè)直徑為79米的接收器將接收相當(dāng)于1兆瓦的能量。這些能量足夠?yàn)?000個(gè)家庭提供電力。

事實(shí)上，美國人有關(guān)在太空建造太陽能電站的設(shè)想由來已久。1968年，美國利特爾咨詢公司太空業(yè)務(wù)副總經(jīng)理彼得.格拉澤提出了在宇宙空間建造太陽能電站的設(shè)想。但在當(dāng)時(shí)，因?yàn)橐ㄙM(fèi)一大筆款項(xiàng)，美國政府方面并沒多表現(xiàn)出多大的興趣。

直至20世紀(jì)70年代中期，由于發(fā)生能源危機(jī)，格拉澤計(jì)劃才被重新得到了重視，并得到推進(jìn)。美國宇航局啟動(dòng)的“空間太陽能探索性研究和技術(shù)計(jì)劃”提出了該國的發(fā)展路線圖，為2030年的商業(yè)系統(tǒng)研制奠定了基礎(chǔ)。

在美國之外，其他空間國家或組織，如俄羅斯、日本等也在緊鑼密鼓地進(jìn)行其太空電站計(jì)劃。

俄羅斯齊奧爾科夫斯基航天學(xué)院執(zhí)行院長利修克在2007年11月召開的載人太空飛行國際會(huì)議上表示，俄羅斯學(xué)者有意推出太空能源供應(yīng)系統(tǒng)的若干設(shè)計(jì)方案，其基礎(chǔ)是太陽能的利用。俄羅斯的太空能源供應(yīng)系統(tǒng)將由若干航天器和地面接收裝置組合而成，利修克說，航天器有若干位置選擇，可以處于較低的近極地軌道、周期12小時(shí)的高橢圓軌道上，也可以在地球同步軌道上。第一階段是向太空發(fā)射功率為5兆瓦的試驗(yàn)電站，然后再經(jīng)3個(gè)階段研制系統(tǒng)本身，逐步提高發(fā)電裝置的功率，從10兆瓦一直到數(shù)百萬兆瓦。

俄羅斯太空總署(RussianSpaceAgency)下屬的中央科學(xué)工程研究院提出的概念是打造一座巨型太陽能發(fā)電空間站，并圍繞地球飛行的概念。與美國人不同的設(shè)計(jì)之處在于，他們會(huì)采用鐳射，而非微波。不幸的是，目前不存在擁有足夠能量的鐳射光，因此俄羅斯科學(xué)家提議采用多種遠(yuǎn)紅外鐳射光，并且計(jì)劃結(jié)合放射物創(chuàng)造足夠能量的鐳射光束，并將電力輸送至地球表面。

日本方面，盡管近年來在航天領(lǐng)域?qū)以獯煺郏毡窘?jīng)濟(jì)、貿(mào)易和工業(yè)部(METI)仍雄心勃勃地計(jì)劃在2040年之前向太空發(fā)射太陽能電站。日本從2001財(cái)年4月份開始太陽能衛(wèi)星的研究，到2040年系統(tǒng)將開始運(yùn)作。

日本在2003年提出了“促進(jìn)空間能利用”國家計(jì)劃，目標(biāo)是在20到30年后實(shí)現(xiàn)空間太陽能發(fā)電商業(yè)化。2009年，日本航天開發(fā)局宣布已開始開發(fā)太空太陽能發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)將從離地球表面以外3.6萬千米、與地球旋轉(zhuǎn)同步的衛(wèi)星上的大型太陽能收集能源。

我國須迎頭趕上

在我國，空間太陽能發(fā)電技術(shù)的研究至今未被列為國家重大項(xiàng)目，資金投入不多，技術(shù)進(jìn)展不快，和空間太陽能發(fā)電研究發(fā)達(dá)的國家之間的差距正在拉開。在2012年3月份召開的國際空間太陽能電站工作組第一次會(huì)議上，13名科學(xué)家沒有一名是來自中國，足見差距之大。其實(shí)早在上世紀(jì)九十年代，國內(nèi)的一些專家學(xué)者就先后提出了開展空間太陽能的研究建議，我國的空間太陽能發(fā)電及其關(guān)鍵材料的研究早在項(xiàng)目批準(zhǔn)以前就開始，我國發(fā)展空間太陽能發(fā)電技術(shù)具備了一定的基礎(chǔ)優(yōu)勢。

首先，在太陽能電池技術(shù)基礎(chǔ)方面，我國已經(jīng)具備了太陽能電池的技術(shù)基礎(chǔ)與空間應(yīng)用能力。

其次，在空間技術(shù)基礎(chǔ)方面，我國在人造衛(wèi)星、載人航天和深孔探測三個(gè)航天技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了新跨越，尤其是神舟載人飛船和標(biāo)志深孔探測能力的嫦娥一號的發(fā)射成功。我國已經(jīng)是航天大國，目前已有多種型號的長征系列運(yùn)載火箭，輸送的有效載荷也越來越多，已能承擔(dān)國際上各種衛(wèi)星的發(fā)射業(yè)務(wù)。因此，在地球同步軌道建立一個(gè)空間太陽能衛(wèi)星電站已經(jīng)規(guī)劃和實(shí)施。

再次，在無線電能傳播技術(shù)(WPT)基礎(chǔ)方面，WPT核心是微波與電磁場技術(shù)和激光技術(shù)，近年來我國在此領(lǐng)域已經(jīng)取得顯著成效，尤其是大功率激光發(fā)射期間和大功率微波天線方面。激光傳輸技術(shù)的安全性問題隨著航天技術(shù)和武器技術(shù)的發(fā)展可以得到解決，微波輸電對通訊、生物和人體沒有大的影響和危害。

專家建議，我國空間太陽能的研發(fā)途徑不宜跟著美國、日的道路走，發(fā)展的第一批電站不宜選擇吉瓦級，宜按本世紀(jì)30年代可跨越實(shí)現(xiàn)的原則，在10萬千瓦到50萬千瓦量級之間選擇。建議應(yīng)集中力量發(fā)展重型運(yùn)載火箭，不宜分步，應(yīng)一步到位。電站的組裝和維修應(yīng)走創(chuàng)新之路，要考慮發(fā)揮我國載人空間站系統(tǒng)的空間服務(wù)優(yōu)勢，應(yīng)對以人為主、以機(jī)器人為主、全自動(dòng)和航天器群編隊(duì)四種方式進(jìn)行深入的分析比較，選其優(yōu)者。

據(jù)了解，美國在卡特總統(tǒng)當(dāng)政時(shí)，對空間太陽能發(fā)電技術(shù)的支持達(dá)到高峰，幾十年來一直沒有間斷。美國宇航局啟動(dòng)的“空間太陽能探索性研究和技術(shù)計(jì)劃”提出了該國的發(fā)展路線圖，為2030年的商業(yè)系統(tǒng)研制奠定了基礎(chǔ)。

日本在2003年提出了“促進(jìn)空間能利用”國家計(jì)劃，目標(biāo)是在20到30年后實(shí)現(xiàn)空間太陽能發(fā)電商業(yè)化。2009年，日本航天開發(fā)局宣布已開始開發(fā)太空太陽能發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)將從離地球表面以外3.6萬千米、與地球旋轉(zhuǎn)同步的衛(wèi)星上的大型太陽能收集能源。

我國上世紀(jì)就有科學(xué)家注意到這一技術(shù)，但由于缺乏足夠的支持，研究進(jìn)展很慢。2012年3月份召開的國際空間太陽能電站工作組第一次會(huì)議上，13名科學(xué)家沒有一名是來自中國的，足見我們跟國外的差距有多大，而且這個(gè)差距還在不斷拉大。

成功的空間太陽能計(jì)劃必須能夠以低廉的價(jià)格提供大部分地球所需要的電力。第一個(gè)或者是第一批能夠達(dá)成這個(gè)目標(biāo)的的國家，有機(jī)會(huì)將太陽系里幾乎所有能源為其國家經(jīng)濟(jì)服務(wù)。太陽系的大部分能源與原料都在太空，而不是在地球上。從長遠(yuǎn)看來，能夠控制這些資源的國家將會(huì)控制絕大部分的人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，將會(huì)在經(jīng)濟(jì)上統(tǒng)治地球。如果中國不能奮起直追、加大對空間太陽能發(fā)電技術(shù)的研究，這一戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)與國外的差距將進(jìn)一步拉大，從而對國家的力量平衡造成重大影響。

我國已經(jīng)超越美國成為全球第一能源消費(fèi)大國，然而空間能源技術(shù)不論是在科技界還是政策制定者那里，都沒得到應(yīng)有的重視。我國空間太陽能發(fā)電研究本身就起步晚，如果再不將優(yōu)勢科研力量集中起來，跟國際先進(jìn)水平的差距將進(jìn)一步拉大。

空間太陽能發(fā)電是一個(gè)宏偉的空間和地面工程，涉及到許多重要的技術(shù)領(lǐng)域，如空間運(yùn)輸、航天器設(shè)計(jì)、微波技術(shù)、激光技術(shù)、材料技術(shù)等。對于我國而言，空間太陽能電站發(fā)展的戰(zhàn)略機(jī)遇已經(jīng)來臨。