宇宙太陽能發(fā)電系統(tǒng)能否實現(xiàn)？(上)

現(xiàn)在，以日本宇宙航空研發(fā)機構（JAXA）為中心，產(chǎn)學官在合作研發(fā)“空間太陽能發(fā)電系統(tǒng)（SSPS＝Space Solar Power Systems）”。其目標是實現(xiàn)這一系統(tǒng)，用空間技術為能源領域做貢獻。JAXA研發(fā)本部未踏技術研究中心研究員上土井大助接受了記者采訪。 　　“這是一項宏偉的計劃，實現(xiàn)之路的確很漫長。但如果放棄就一切都完了。我們現(xiàn)在只有堅韌不拔地朝著夢想一步步前進。” 　　日本宇宙航空研發(fā)機構（JAXA）研發(fā)本部未踏技術研究中心研究員上土井大助堅定地說道。 　　現(xiàn)在，上土井等人正在著手開發(fā)“空間太陽能發(fā)電系統(tǒng)”。如果實現(xiàn)，這種系統(tǒng)有望成為承擔未來能源供應重任的基礎設施。因此，日本內閣會議2014年4月通過的《能源基本計劃》和內閣宇宙開發(fā)戰(zhàn)略本部2013年1月通過的《宇宙基本計劃》都將其列入其中，并作為國策在推進實施。 空間太陽能發(fā)電系統(tǒng)（示意圖）（出處：JAXA） 　　日本處在世界頂尖水平 　　空間太陽能發(fā)電系統(tǒng)，顧名思義是指在宇宙空間進行太陽能發(fā)電，把所發(fā)電力轉換成微波和激光以無線方式傳送至地面，在地面接收并轉換成電能使用的發(fā)電系統(tǒng)。 　　雖然聽上去像是科幻電影的情節(jié)，但實際上，空間太陽能發(fā)電的歷史悠久，可以追溯到1968年。最早由美國的航天工程師彼得·格拉澤（Peter Glaser）提出。無線傳輸能源的原理已經(jīng)得到驗證，日本如今是這一領域的領頭羊。 　　空間太陽能發(fā)電系統(tǒng)示意圖。2000年代以JAXA為中心探討的概念是由2片反射鏡、太陽能電池以及微波供電裝置組成 　　宇宙空間不同于地面，不分白天和黑夜，也不受天氣情況的影響，盡管是自然能源也可24小時發(fā)電。而且，宇宙沒有空氣，沒有光的散射和吸收。因此，太陽能電池板接收到的陽光的光能是地面的5～10倍以上。 　　考慮到未來的技術發(fā)展，并估算從太空傳輸?shù)降孛鏁r會發(fā)生的能量轉換損耗約為50％時，則太陽能電池板單位面積的發(fā)電量還可為地面的2.5～5倍。而且，2011年3月11日的東日本大地震發(fā)生后，空間太陽能發(fā)電作為能夠取代核電、火力發(fā)電成為基礎電源的自然能源，在日本的關注度陡增。 　　上土井意氣風發(fā)地說：“現(xiàn)在，全世界只有日本把開發(fā)空間太陽能發(fā)電系統(tǒng)作為國策，制定計劃并由產(chǎn)學官聯(lián)合進行研發(fā)。美國政府等因為財政問題和政策方針等原因，國家并沒有開展具有連續(xù)性的研究。因此，日本在空間太陽能發(fā)電系統(tǒng)領域的技術水平被認為在全世界首屈一指。身為一名空間太陽能發(fā)電系統(tǒng)的研究者，我相信自己從事的是能夠為解決人類的能源問題做出貢獻的有意義的研究，希望我們能夠領先世界，早日實現(xiàn)這一系統(tǒng)。” 　　他的夢想是實現(xiàn)空間太陽能發(fā)電系統(tǒng)，利用空間技術為能源領域做出貢獻。 　　志向雖然遠大，但要克服的課題堆積如山。“課題的確不少”，一番開場白過后，上土井道出了JAXA在研發(fā)過程碰到的三大技術課題。第一個是“微波無線能源傳輸技術”，第二個是“激光無線能源傳輸技術”，第三個是“大型結構體組裝技術”。 　　正在研發(fā)的基礎技術大致分為三項 　　在介紹這些技術的內容和課題之前，首先來看空間太陽能發(fā)電系統(tǒng)的整體結構。 　　系統(tǒng)由設置在宇宙空間的空間太陽能發(fā)電衛(wèi)星與設置在地面的接收設備兩部分組成。 　　空間太陽能發(fā)電衛(wèi)星配備太陽能電池板、把太陽能電池板所發(fā)直流電轉換成微波和激光的裝置，以及向地面?zhèn)魉偷难b置三種裝置。 　　而地面的接收設備上，設有將微波和激光轉換為直流電的裝置和電力轉換機。通過該轉換機直流電再轉換成交流電，傳送到現(xiàn)有的商用電力網(wǎng)。 　　JAXA從1998年正式開始研究空間太陽能發(fā)電系統(tǒng)。最初，研究的核心人物是京都大學名譽教授、現(xiàn)任該校校長的松本纮與已經(jīng)去世的前宇宙科學研究所（2003年并入JAXA）教授長友信人，他們于1980年代從美國帶回了空間太陽能發(fā)電系統(tǒng)的概念。 　　迄今為止，以美國為中心，世界各地雖已提出了幾十種空間太陽能發(fā)電系統(tǒng)方案，JAXA也用10多年的時間進行了實用系統(tǒng)的設計和研究。 　　JAXA目前仍未確定是使用微波還是使用激光從宇宙向地面?zhèn)魉碗娏ΑＴ蚴嵌吒饔卸涕L。正在考慮按照用途區(qū)別使用。因此，JAXA正在平行研發(fā)兩種能源傳輸技術，計劃在2014年度末之前開展地面驗證實驗。 　　首先來看第一項基礎技術“微波無線能源傳輸技術”，這究竟是一種什么樣的技術？（未完待續(xù) 特約撰稿人：山田 久美，科學技術記者）