不論是戰(zhàn)爭行動還是生產(chǎn)生活，能源都是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎。在全球能源緊缺的大背景下，充分利用太陽能，將成為解決能源與環(huán)境問題的治本之策。除在地面接收太陽能外，利用太陽能直接在外太空上發(fā)電，建設天基太陽能電站，并通過激光或微波無線傳輸方式向地面供電，將為人類提供能源應用新思路。 天基太陽能系統(tǒng)涉及光電、航天、材料等數(shù)十個領域，是一項規(guī)模龐大的巨型系統(tǒng)工程。隨著人類在探索太空的征程中越走越遠，未來的空間太陽能電站很有可能會出現(xiàn)在太空旅行的每一個角落，成為各類太空飛行器的能源補給站。 滾滾能源天上來 太陽是人類賴以生存的能量之源，它每一秒鐘輻射到地球的能量，相當于燃燒500萬噸優(yōu)質(zhì)煤的能量總和。相比于煤、石油等目前得到廣泛應用的能源，太陽能不僅是人類取之不盡、用之不竭的豐富能源，更是人類未來解決能源危機的最優(yōu)方案。 然而，由于受晝夜交替、大氣層反射和吸收以及地區(qū)緯維度、氣象條件等多種因素影響，目前地面太陽能的利用效率并不高，進入電網(wǎng)發(fā)電后也只能擔任輔助和調(diào)節(jié)的“小角色”，大部分太陽能都從我們身邊不知不覺溜走了。由于可在外太空時刻度、氣象條件等多種因素影響，目前地面太陽能的利用效率并不高，進入電網(wǎng)發(fā)電后也只能擔任輔助和調(diào)節(jié)的“小角色”，大部分太陽能都從我們身邊不知不覺溜走了。由于可在外太空時時接收太陽輻射，幾乎所有的航天器都有太陽能發(fā)電和儲電的功能系統(tǒng)，天基太陽能的構(gòu)想應運而生。天基太陽能系統(tǒng)通過發(fā)射安裝大型太陽能電池板陣列的衛(wèi)星，在外太空收集能量后,通過激光或微波等無線傳輸方式將電能傳回地面，可實現(xiàn)相比地面5倍以上的能量利用效率。 早在1968年，美國科學家彼得·格拉賽就提出天基太陽能電站的構(gòu)想。此后，美國為研發(fā)天基太陽能系統(tǒng)做了大量的技術探索和相關試驗工作，并提出了多種不同構(gòu)想的技術實現(xiàn)思路。2007年4月，美國國家安全空間辦公室成立了天基太陽能發(fā)電站研究組。2012年，在美國國家航空航天局創(chuàng)新型先進概念的支持下，研究人員提出了“任意大型相控陣空間太陽能電站”的建設方案。 目前，由勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室先行探索研究的“天基太陽能發(fā)電”系統(tǒng)，預期可通過天基設施從太陽中能源源不斷地的獲取能量，并通過無線傳輸從太空發(fā)送到方式傳回地球。而獲得美國國防部長創(chuàng)新挑戰(zhàn)獎的空間太陽能項目，更是集合了包括美國國務院能源局、國防部高級研究計劃局、聯(lián)合參謀后勤局和空軍大學空間創(chuàng)新中心等諸多研究機構(gòu)和多家空間技術研究公司，充分顯示了美國對天在空基太陽能系統(tǒng)研究上的重視程度。 除美國外，日本和歐洲等也相繼投入資金和人力，開展天基太陽能系統(tǒng)的關鍵技術研究。作為能源需求大國的日本,其無線能量傳輸技術處于國際先進水平，“天基太陽能發(fā)電研究開發(fā)”項目已經(jīng)被列入日本七大重點發(fā)展領域。 新能源應用的下一站 天基太陽能系統(tǒng)主要包括太陽光聚光與能量轉(zhuǎn)換、能量發(fā)射裝置以及地面接收裝置3三個部分。其中，太陽光聚光與能量轉(zhuǎn)換主要將太陽能轉(zhuǎn)化成為電能，地面接收系統(tǒng)利用地面天線接收空間發(fā)射來的能束，將其轉(zhuǎn)換成電能后就可直接使用。專家認為，天基太陽能要想真正成為現(xiàn)實，研究基于激光或微波的空間無線傳輸成為當務之急。 使用激光這一神奇光束進行能量傳輸，可實現(xiàn)能量發(fā)射系統(tǒng)小型化，借助運載火箭可一次性發(fā)送至外太空，在地面接收投射到地表的光斑即可。但是，由于激光光束受煙霧和云層干擾影響個部分。其中，太陽光聚光與能量轉(zhuǎn)換主要將太陽能轉(zhuǎn)化成為電能，地面接收系統(tǒng)利用地面天線接收空間發(fā)射來的能束，將其轉(zhuǎn)換成電能后就可直接使用。專家認為，天基太陽能要想真正成為現(xiàn)實，研究基于激光或微波的空間無線傳輸是當務之急。 使用激光這一神奇光束進行能量傳輸，可實現(xiàn)能量發(fā)射系統(tǒng)小型化。但是，由于激光光束受煙霧和云層干擾較大，因而降低了平均傳輸效率，對地面接收站的自適應光學設備也提出了較高要求。此外，使用激光發(fā)射能量，要避免光路中有其他物體存在，因而需要空間發(fā)射裝置建立一套對空間飛行裝置的識別應答系統(tǒng)。目前設計的激光無線傳輸裝置系統(tǒng)只有約10噸重，可依靠“獵鷹-9”火箭一次發(fā)射升空。同時，由于相關技術設備的成熟度比較高，因而系統(tǒng)較容易搭建，已經(jīng)成為天基太陽能走向?qū)嶋H應用的未來之星。 相比之下，采用微波傳輸方式對接收系統(tǒng)要求較低，可在有降雨、多云等復雜氣象條件下使用，并可提供相對穩(wěn)定、連續(xù)的能量傳輸。但采用微波方案對設備尺寸提出較高要求，空間發(fā)射系統(tǒng)龐大復雜，不僅需要進行多次航天發(fā)射，甚至還需要進行在軌組裝。微波傳輸系統(tǒng)雖然成本高昂，但更加有利于實現(xiàn)未來的天基太陽能的實際應用。 能源“游戲規(guī)則”的改變者 天基太陽能的出現(xiàn)，可有效解決地面太陽能系統(tǒng)在夜間無法發(fā)電的問題，更可避免地面太陽能系統(tǒng)接收過程中的到的太陽能能量大幅度損失。天基太陽能系統(tǒng)一旦研制成功，可直接將太陽能并入電網(wǎng)，為人們生產(chǎn)生活提供不竭的動力源泉，勢必成為“能源規(guī)則”的改變者。 天基太陽能的投入應用，可促進太空能源基礎設施建設，未來“太空家園”的“發(fā)電廠”即將誕生！。天基太陽能不僅可支撐外太空的各類航天設備正常運轉(zhuǎn)，還可構(gòu)建完善的運輸網(wǎng)絡和基礎設施，更可為天地旅行的飛行器提供新的飛天動力。目前已經(jīng)構(gòu)想正在研判的一種混合動力太空飛船，預計將采用激光天線接收天基太陽能量，相比于依靠化學燃料推進的飛行器在重量上可成功“瘦身”20到30倍。 目前，駐扎在高原、海島等特殊地區(qū)的部隊及其裝備一直是能源需求大戶，但這些地區(qū)的能源供應卻“物以稀為貴”。天基太陽能可為能源成本高昂的戰(zhàn)區(qū)和軍事設施，以及、后勤保障力量薄弱甚至是完全無法進行后勤支援的戰(zhàn)場作戰(zhàn)提供能量來源。天基太陽能系統(tǒng)一旦建立成功，成，更可為昂貴的軍費開支提供省錢的新路子，未來各類武器裝備和軍事基地可直接依托無線傳輸?shù)奶柲軄眚?qū)動。 時至今日，破壞后勤補給線依舊是實現(xiàn)出其不意打擊敵人的“上上策”。裝備了大量油料物資的運輸補給車隊不僅會增加后勤保障成本，更容易成為戰(zhàn)場上攻擊的“活靶子”。天基太陽能可全天候隨時能量損失。天基太陽能系統(tǒng)一旦研制成功，可直接將太陽能并入電網(wǎng)，為人類生產(chǎn)生活提供不竭的動力源泉，勢必成為“能源游戲規(guī)則”的改變者。 天基太陽能的投入應用，可促進太空能源基礎設施建設，未來“太空家園”的“發(fā)電廠”即將誕生！天基太陽能不僅可支撐外太空的各類航天設備正常運轉(zhuǎn)，還可構(gòu)建完善的運輸網(wǎng)絡和基礎設施，更可為天地旅行的飛行器提供新的動力。目前正在研判的一種混合動力太空飛船，預計將采用激光天線接收天基太陽能量，相比于依靠化學燃料推進的飛行器在重量上可成功“瘦身”為原先的20到30分之一。 駐扎在高原、海島等特殊地區(qū)的部隊及其裝備一直是能源需求大戶，但這些地區(qū)的能源供應卻“物以稀為貴”。天基太陽能可為能源成本高昂的戰(zhàn)區(qū)和軍事設施，以及后勤保障力量薄弱的戰(zhàn)場提供能量來源。天基太陽能系統(tǒng)一旦建成，更可為昂貴的軍費開支提供省錢的新路子，未來各類武器裝備和軍事基地可直接依托無線傳輸?shù)奶柲軄眚?qū)動。 時至今日，破壞后勤補給線依舊是實現(xiàn)出其不意打擊敵人的“上上策”。裝備了大量油料物資的運輸補給車隊不僅會增加后勤保障成本，更容易成為戰(zhàn)場上攻擊的“活靶子”。天基太陽能可全天候補給，大幅度降低執(zhí)行后勤保障的戰(zhàn)爭成本。
