太陽能屬于綠色可再生能源,宇宙空間儲量豐富且品質(zhì)優(yōu)良。在寬千米的地球同步軌道上,一年內(nèi)收集的太陽能量,相當于所有已知常規(guī)可開采石油儲量的能量總和。相比于化石能源和核能、風能等,空間太陽能高效、持久、安全、清潔,為人類解決能源問題提供了可能。
早在1968年,美國航空航天工程師彼得·格拉塞(Peter Glaser)在《科學》雜志上發(fā) 表了《來自太陽的能量:它的未來》一文,文中提出了“太陽能發(fā)電衛(wèi)星”。
科學家提出,用衛(wèi)星在太空中吸收太陽能,然后再把能量轉(zhuǎn)化為微波傳送回地球。
1973年和1979年,在全球先后兩次爆發(fā)能源危機的背景下,美國能源部在國家航空航天局(NASA)支持下,開展空間太陽能電站項目研究。
1983年,日本京都大學進行了“微波-電離層非線性作用試驗”,天線口徑1.3米,總發(fā)射功率1250瓦。這是全球首次在電離層進行的微波能量傳輸試驗,從工程上驗證了空間太陽能電站能量傳輸?shù)目尚行浴?/p>
與此同時,印度、俄羅斯、英國、法國的科研工作者,亦在空間太陽能電站研究領域持續(xù)發(fā)力。
早在2010年8月,在中國空間技術研究院舉辦的空間太陽能電站技術研討會上,12位院士和百余位相關領域?qū)<?,提出了我國空間太陽能電站發(fā)展路線圖。
2014年,工信部、發(fā)改委、科技部等16個部委組織了來自國內(nèi)的130余位專家開展了近一年的論證工作,論證組最終完成了《中國太空發(fā)電站發(fā)展規(guī)劃及關鍵技術體系規(guī)劃論證報告》。
專家已經(jīng)提出了預算,建設這個太空光伏電站預計要花費8萬億人民幣,相當于上百個三峽水電站的建設成本。
中國太空光伏電站將以四步走的設想向前推進:
第一步是2011年到2020年,這一階段是進行太空電站的驗證與設計,
第二步是2021年到2025年,這一階段將建成第一個低軌道空間電站系統(tǒng),
第三步是2026年到2040年,這一階段將發(fā)射太空電站系統(tǒng)并完成組裝,
第四步是2036年到2050年,這是正式實現(xiàn)電站商業(yè)運營的階段,中國太空光伏電站設計使用壽命是30年。
根據(jù)路線圖,2022年將實施小型發(fā)電測試,2030年左右將發(fā)電量提高到兆瓦規(guī)模,到2050年具備建設吉瓦級商業(yè)空間太陽能電站的能力。
據(jù)中國火箭的開發(fā)相關人員,中國為了在靜止軌道上建設太空光伏電站系統(tǒng),正準備利用新的超重量級的火箭發(fā)射的計劃。
預計2030年發(fā)射的“長征9號”是中國目前正在開發(fā)的,重量約878噸,全長約57米的超重型火箭。該火箭的載重量在高度約2,000公里的地球低軌道(LEO)可載重140 ~ 150噸,投入月球轉(zhuǎn)移軌道(TLI)時可載重50 ~ 53噸。
與2020年11月中國發(fā)射的月面探測器“嫦娥5號”的約8.2噸相比,可以看出其規(guī)??涨啊?/p>
空間太陽能電站具有功率大、能量傳輸方式靈活等特點,既可成為未來穩(wěn)定的能量來源,又可廣泛應用于電網(wǎng)調(diào)度、軍事無線供電、氣象科學研究、應急救災、空間供電、行星探測等多個領域。
未來的太空資源將更加珍貴。