卫星首次成功向地球传送太阳能

本文转自：中国科学报

卫星首次成功向地球传送太阳能

证明天基能源可信性

加州理工学院研究人员探测到来自太空的微量微波束。图片来源：ALI HAJIMIRI

本报讯 研究人员朝着实现一个长期梦想迈出了小而必要的一步：在太空中收集太阳能并传回地球。6月1日，实验搭建者、美国加州理工学院宣布，1月发射的一颗卫星已将微波束的能量导向太空中的目标，甚至还将一部分能量发送到地球的探测器上。“以前没有人这样做过。”欧洲空间局（ESA）太空科学家Sanjay Vijendran说，“他们通过展示这种能力，为这个梦想的实现增加了信心。”

长期以来，可靠性一直是太空太阳能发电面临的挑战。为了产生与典型的燃煤或核电站一样多的电力，卫星需要覆盖方圆数公里的收集区域，需要数百次发射和在轨组装。美国宇航局在20世纪70年代能源危机期间策划了一次任务，但以当时的技术，这项由航天飞机搭载卫星升空并由宇航员组装的任务将耗资1万亿美元。从那以后，就很少有人提及了。

如今，太空发生了变化。太阳能电池和微波光束更便宜、更高效。组装机器人将很快进入轨道，SpaceX等公司已经大幅削减了发射成本。ESA和英国政府最近委托有关机构进行的研究表明，大型轨道发电机很快就能以与地面核电站相当的成本发电。

加州理工学院的这项任务旨在更进一步开发轻便、廉价和灵活的部件。微波发射器是一个由32个平面天线组成的阵列，排列在比餐盘稍大的表面上。通过改变发送到不同天线的信号的时间，研究人员可以控制阵列的波束。他们把它对准一对微波接收器，然后随意将光束从一个接收器切换到另一个接收器，并点亮每个接收器上的LED。

微波发射器的发射功率很小，只有200毫瓦，比手机摄像头的光还暗。但该团队仍然能够将微波束引向地球，并用接收器探测到它。“这是一个概念验证。”加州理工学院电气工程师Ali Hajimiri说，“它表明了整个系统可以做什么。”

加州理工学院的航天器还有两个计划中的实验。其中一个正在测试32种不同的太阳能电池，看哪一种能耐得住严酷的太空环境。第二个是一块折叠的超轻复合材料，它将展开成为一个两米宽的帆状结构。虽然帆上不会安装任何太阳能电池，但它旨在测试未来发电站所需的轻薄、灵活的大型装备。

人们对太空太阳能的兴趣似乎越来越大。ESA今年委托有关机构进行了两项关于轨道发电站潜在结构的研究。Vijendran说，能源供应公司已经加入了这项工作。日本京都大学团队上个月宣布，他们将与日本宇宙航空研究开发机构合作，在轨道上测试电力传输。

日本电气工程师Naoki Shinohara说，他很高兴听到加州理工学院取得成功的消息，“但同时我也很失望，因为日本人的目标是在2025年进行世界上第一个（无线电力传输）卫星实验”。

初创公司Virtus Solis Technologies也一直在测试电力传输，并计划在2026年将一个试点工厂送入轨道。该公司首席执行官John Bucknell表示，打算在10年内向客户提供商业电力。“太空太阳能利用技术是唯一一种清洁、可靠、可扩展的能源技术，是实现零碳排放的可靠途径。”