宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)？(上)

現(xiàn)在，以日本宇宙航空研發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）為中心，產(chǎn)學(xué)官在合作研發(fā)“空間太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)（SSPS＝Space Solar Power Systems）”。其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)這一系統(tǒng)，用空間技術(shù)為能源領(lǐng)域做貢獻(xiàn)。JAXA研發(fā)本部未踏技術(shù)研究中心研究員上土井大助接受了記者采訪。 　　“這是一項(xiàng)宏偉的計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)之路的確很漫長(zhǎng)。但如果放棄就一切都完了。我們現(xiàn)在只有堅(jiān)韌不拔地朝著夢(mèng)想一步步前進(jìn)。” 　　日本宇宙航空研發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）研發(fā)本部未踏技術(shù)研究中心研究員上土井大助堅(jiān)定地說(shuō)道。 　　現(xiàn)在，上土井等人正在著手開(kāi)發(fā)“空間太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)”。如果實(shí)現(xiàn)，這種系統(tǒng)有望成為承擔(dān)未來(lái)能源供應(yīng)重任的基礎(chǔ)設(shè)施。因此，日本內(nèi)閣會(huì)議2014年4月通過(guò)的《能源基本計(jì)劃》和內(nèi)閣宇宙開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略本部2013年1月通過(guò)的《宇宙基本計(jì)劃》都將其列入其中，并作為國(guó)策在推進(jìn)實(shí)施。 空間太陽(yáng)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(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，顧名思義是指在宇宙空間進(jìn)行太陽(yáng)能發(fā)電，把所發(fā)電力轉(zhuǎn)換成微波和激光以無(wú)線方式傳送至地面，在地面接收并轉(zhuǎn)換成電能使用的發(fā)電系統(tǒng)。 　　雖然聽(tīng)上去像是科幻電影的情節(jié)，但實(shí)際上，空間太陽(yáng)能發(fā)電的歷史悠久，可以追溯到1968年。最早由美國(guó)的航天工程師彼得·格拉澤（Peter Glaser）提出。無(wú)線傳輸能源的原理已經(jīng)得到驗(yàn)證，日本如今是這一領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊。 　　空間太陽(yáng)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(yáng)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(shí)發(fā)電。而且，宇宙沒(méi)有空氣，沒(méi)有光的散射和吸收。因此，太陽(yáng)能電池板接收到的陽(yáng)光的光能是地面的5～10倍以上。 　　考慮到未來(lái)的技術(shù)發(fā)展，并估算從太空傳輸?shù)降孛鏁r(shí)會(huì)發(fā)生的能量轉(zhuǎn)換損耗約為50％時(shí)，則太陽(yáng)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(yáng)能發(fā)電作為能夠取代核電、火力發(fā)電成為基礎(chǔ)電源的自然能源，在日本的關(guān)注度陡增。 　　上土井意氣風(fēng)發(fā)地說(shuō)：“現(xiàn)在，全世界只有日本把開(kāi)發(fā)空間太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)作為國(guó)策，制定計(jì)劃并由產(chǎn)學(xué)官聯(lián)合進(jìn)行研發(fā)。美國(guó)政府等因?yàn)樨?cái)政問(wèn)題和政策方針等原因，國(guó)家并沒(méi)有開(kāi)展具有連續(xù)性的研究。因此，日本在空間太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)水平被認(rèn)為在全世界首屈一指。身為一名空間太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的研究者，我相信自己從事的是能夠?yàn)榻鉀Q人類(lèi)的能源問(wèn)題做出貢獻(xiàn)的有意義的研究，希望我們能夠領(lǐng)先世界，早日實(shí)現(xiàn)這一系統(tǒng)。” 　　他的夢(mèng)想是實(shí)現(xiàn)空間太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，利用空間技術(shù)為能源領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)。 　　志向雖然遠(yuǎn)大，但要克服的課題堆積如山。“課題的確不少”，一番開(kāi)場(chǎng)白過(guò)后，上土井道出了JAXA在研發(fā)過(guò)程碰到的三大技術(shù)課題。第一個(gè)是“微波無(wú)線能源傳輸技術(shù)”，第二個(gè)是“激光無(wú)線能源傳輸技術(shù)”，第三個(gè)是“大型結(jié)構(gòu)體組裝技術(shù)”。 　　正在研發(fā)的基礎(chǔ)技術(shù)大致分為三項(xiàng) 　　在介紹這些技術(shù)的內(nèi)容和課題之前，首先來(lái)看空間太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。 　　系統(tǒng)由設(shè)置在宇宙空間的空間太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星與設(shè)置在地面的接收設(shè)備兩部分組成。 　　空間太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星配備太陽(yáng)能電池板、把太陽(yáng)能電池板所發(fā)直流電轉(zhuǎn)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(shè)備上，設(shè)有將微波和激光轉(zhuǎn)換為直流電的裝置和電力轉(zhuǎn)換機(jī)。通過(guò)該轉(zhuǎn)換機(jī)直流電再轉(zhuǎn)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(kāi)始研究空間太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。最初，研究的核心人物是京都大學(xué)名譽(yù)教授、現(xiàn)任該校校長(zhǎng)的松本纮與已經(jīng)去世的前宇宙科學(xué)研究所（2003年并入JAXA）教授長(zhǎng)友信人，他們于1980年代從美國(guó)帶回了空間太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的概念。 　　迄今為止，以美國(guó)為中心，世界各地雖已提出了幾十種空間太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)方案，JAXA也用10多年的時(shí)間進(jìn)行了實(shí)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(zhǎng)。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(shù)，計(jì)劃在2014年度末之前開(kāi)展地面驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。 　　首先來(lái)看第一項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)“微波無(wú)線能源傳輸技術(shù)”，這究竟是一種什么樣的技術(shù)？（未完待續(xù) 特約撰稿人：山田 久美，科學(xué)技術(shù)記者）