来自太空的能量

太空中取之不尽的太阳能一直是科学家的一大诱惑。现在，一种沿着轨道运行，在“星际空间”直接产生电流并将能量传输到地球的发电站即将问世。它为整个地球充分利用太阳能资源提供了一种新的途径。多年来，科学家们一直幻想着清洁和取之不尽的能源。他们认为最有可能建造一个沿着地球轨道运行的发电站，通过光伏板吸收太阳辐射，也就是太阳能板，然后将吸收的能量以微波的形式传送到地球。今天，名为“太阳卫星2000”的太阳能卫星项目的实施将使科学家的这一幻想成为现实。日本东京大学的能源工程系是该项目的发源地，那里的研究人员解释道:事实上，这是一颗能够产生10，000千瓦电力的巨型卫星。这颗卫星的形状像一个等边三角形柱体，长336米，高303米，重240吨。三棱柱的两侧覆盖着一个由硅制成的太阳能电池板，另一侧装有一个向地球发射微波的天线。所有结构由铝管连接成一个整体，机器人直接安装在轨道上，机器人负责设备维护。这个系统有很大的优势。事实上，如果能最大限度地利用太阳能，仅在一天内到达地球的太阳能就能满足全世界一整年的能源需求。然而，如何更好地利用它呢？利用原始技术，可以直接在地球表面利用的太阳能只有九牛一毛，也就是说，大约每平方米一千瓦。此外，它还受到季节条件、恶劣天气、昼夜转换、收集和储存成本等的限制。大规模利用太阳能计划的最初想法是在地球阳光充足的沙漠地区建造大型太阳能发电机。然而，大量这样的系统将不可避免地导致地球表面被无尽的黑色太阳能电池板覆盖，并且实际利用率将会降低，因为能量不能在夜间产生。经过多年的艰苦研究，包括美国国家航空航天局在内的世界各地的许多科学研究团队最终达成了相同的目标，并决定了解决这个问题的唯一途径:从太空获取电能，在那里太阳能的流动将永远不会停止。早在1968年，美国人彼得·格雷泽就提出了建造卫星太阳能发电机的想法。这位科学家认为，通过发射轨道卫星并将太阳能电池板获得的电能以微波的形式传输到地球，可以获得清洁和连续的能量。事实上，在卫星的高度，因为没有大气形成的屏蔽，太阳辐射的能量密度大约是地球表面的1.5倍。

如果排除由于地球的阴影而不能产生能量的时间(根据卫星轨道的变化，最大持续时间为每天72分钟，春分和秋分的45天内总时间不到全年时间的1%)，轨道发电不受昼夜交替的影响，也不受天气条件或季节变化的限制。因此，太空中可用的太阳能大约是地球上可用的10倍。格雷泽的卫星是一个庞然大物:每颗卫星重约50，000吨，发电能力为500万千瓦(相当于五个中型核电站)。每年计划发射两颗卫星，30年内共发射60颗卫星。1980年，这个昂贵的计划最终因缺乏经济而流产。为了缓解地球上能源过度开发所带来的环境压力，使地球环境得到呼吸和改善，近年来对该系统的研究日益繁荣，特别是在能源匮乏的日本，在这方面领先一步。正是在这种背景下，三角柱状巨型卫星计划启动了。为了选择高质量的太阳能电池板，科学家们对由非晶硅薄膜组成的太阳能电池板进行了许多实验。硅薄膜质轻且有弹性，易于低成本制造，具有很强的抗宇宙辐射能力。太阳能电池板产生的直流电首先被转换成微波，然后通过安装在卫星上的发射器无线传输到地球。在地球基地，微波通过接收天线接收，然后转换成直流电，最后转换成交流电，并连接到电网。为了将卫星发射的微波仅传输到接收设备，波导信号通过安装在地球基座中心的小型抛物面天线传输到卫星。在目前的技术水平上，直流电被转换成微波(这种操作直接在卫星上进行)，大约30%的能量损失掉了。安装在地球基地中心的接收天线将卫星发射的70%的微波能量转换成电能。这样，太阳能电池板产生的大约50%的能量可以被地球利用。根据轨道高度，2000号卫星一天可以多次通过地球上的同一点，因此它可以与多个地球基地接触，并向每个基地传输能量。平均来说，每个基地每2小时可以接收230秒的微波。为了吸收所有的微波，还必须安装一个直径为2公里的天线。将获得的电能累积在电池中，每小时可连续获得250千瓦的电能，相当于一个家庭15天的消耗量。因此，一天的积累可以满足一个发达国家大约200个家庭的能源需求。如果这些基地建在一些发展中国家，能够保证这些能源供应的家庭数量将是前者的10倍。此外，利用卫星发射微波，人们不必担心电磁污染的危险。用于传输能量的微波频率为2.45千兆赫，或介于卫星传输频率(约12千兆赫)和地面电视传输频率(约0.77千兆赫)之间。即使在人口最密集的地区，地球表面传输的能量密度也只有每平方厘米0.001瓦，完全符合国际安全标准。