太空發(fā)電的背景、發(fā)展，現(xiàn)存問題

【專家解說(shuō)】：太空發(fā)電不是什么新鮮事，早年為了空間飛行器供電已經(jīng)研究了很久了，作為往地面輸電的太空發(fā)電廠也有設(shè)想久已，但到目前為止還沒有計(jì)劃在太空建立真正的發(fā)電廠。 其原因很簡(jiǎn)單，太空發(fā)電廠大規(guī)模發(fā)輸配電的技術(shù)問題、安全問題、成本問題，目前還有很多沒有解決。 發(fā)電： 不包括專用于遠(yuǎn)航飛行器供電的核電池，一般的原理有兩種：太空太陽(yáng)能發(fā)電、太空電離層發(fā)電。 太空太陽(yáng)能發(fā)電是最容易想象的了，衛(wèi)星上也普遍采用了太陽(yáng)能電池供電，使得太空太陽(yáng)能發(fā)電有不錯(cuò)的應(yīng)用基礎(chǔ)。 但是專用于發(fā)電的太陽(yáng)能系統(tǒng)有別于衛(wèi)星供電的小功率太陽(yáng)能系統(tǒng)，首先是輸送物質(zhì)到太空的成本非常高，必須盡量提高電池的效率。目前應(yīng)用的太陽(yáng)能電池效率在10%左右，這個(gè)不是大問題，重要的是，它的運(yùn)行極限溫度可以高達(dá)125度，盡管每升高一攝氏度效率下降0.045%，但單位面積的電池輸出功率仍然是提高的，這就降低了輸送到太空的部件總重量。這樣如何輕便的聚焦太陽(yáng)光就是一個(gè)重要的問題。目前已經(jīng)試驗(yàn)成功的是采用空氣薄膜透鏡原理，即采用塑料薄膜做成透鏡形狀，在輸送途中是壓縮的，在太空中展開時(shí)充入低壓空氣，即可形成透鏡形狀，將太陽(yáng)光聚焦到光伏電池表面，即可發(fā)電。 另外一種則是富有想象力的電離層發(fā)電了。地球受太陽(yáng)高能粒子輻射的影響，在地球表面80公里以上形成一個(gè)電離層，不同高度的電離層有明顯的電壓差，電離層發(fā)電就是利用這個(gè)電壓差工作，這樣的發(fā)電機(jī)如同一個(gè)拖著長(zhǎng)尾巴的衛(wèi)星，從電離層不同的高度采集電荷。 這些試驗(yàn)NASA都已經(jīng)嘗試過了，長(zhǎng)尾巴衛(wèi)星因?yàn)榧夹g(shù)問題，尾巴釋放長(zhǎng)度不夠而失敗了，空氣薄膜透鏡則獲得圓滿的成功。 解決了發(fā)電難題就該輪到輸電問題了 目前可行的太空輸電只有一個(gè)辦法就是微波輸電，采用安全的微波密度，即使只有1kW/m^2，只需要1平方公里的地面天線就可以輸出將近100W千瓦的功率，相當(dāng)于一個(gè)大型發(fā)電廠了。微波輸電已經(jīng)在大氣層內(nèi)小規(guī)模試驗(yàn)成功了，美國(guó)曾經(jīng)利用微波給城市通訊轉(zhuǎn)播無(wú)人機(jī)輸電。1kW/m^2的功率密度和太陽(yáng)能差不多，但是微波的轉(zhuǎn)換效率卻不是太陽(yáng)能電池可比擬的。盡管可以選擇對(duì)人體安全的微波頻率、功率密度，以及其他安全金屬，但微波對(duì)人體的潛在傷害導(dǎo)致的心理抗拒，卻不是技術(shù)能解決的，因?yàn)闆]有人愿意成為微波爐中的烤雞——哪怕只是心理上的。 太空發(fā)電在可以預(yù)見的時(shí)間內(nèi)前途不太好，成本是一個(gè)重要的障礙，其次是維護(hù)與安裝非常困難，這都源于目前將物質(zhì)輸送到太空的成本還太高，再者是安全問題難以全面解決，微波波束偏離后，可不象在地面上可以有人員方便的快速處置。 最重要的，地面技術(shù)系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)力在不斷的改進(jìn)，即使不要石油煤炭核能，即使以現(xiàn)在的清潔能源技術(shù)，只要投入足夠的資金，僅僅是風(fēng)能、太陽(yáng)能（地面系統(tǒng)）、生物質(zhì)能、水力發(fā)電等，都足以滿足人類能源的需求，更何況節(jié)能技術(shù)的推廣還有巨大的潛力，因此太空太陽(yáng)能技術(shù)肯定還只是面對(duì)空間飛行器的需求。 但是，只要目前面臨的能源危機(jī)還在持續(xù)，地面系統(tǒng)的技術(shù)仍沒有解決對(duì)土地的爭(zhēng)奪，太空太陽(yáng)能技術(shù)仍有一定的前景，重要的是如何選擇。