未来如何利用卫星从太空提供电力

　　美国已启动试验性发电计划

　　美国军方目前已经宣布了利用卫星提供电力的计划，初期由卫星搭载的试验性太能板反射面减小，只能提供大约0.1瓦的电力。美国空军上校迈克尔-史密斯表示，美国的目标就是建立世界上第一个太空太阳能发电系统。该系统将能够保证全球每一盏灯泡的电力供应，而这一能力也充分显示了该研究计划的光明前景。虽然目前对于电力的传输方式仍未确定，但是来自日本相关领域的研究成果将可能对美国太空太阳能发电系统的研究工作有所帮助。日本已经微波和激光技术两个领域的研究已经取得了相当的进展。太阳所能够提供的能量是目前全球能源消耗总量的10万亿倍。

　　美国国家航天学会副总裁马克-霍普金斯认为，只需要提取太阳能量的一小部分，就足以保障人类当今以及未来多年的能源需求。近期，国家航天学会与其他非营利机构建立起研究联盟，共同致力于促进太空太阳能的研究和推广。现在人类之所以将太能阳发电系统引向外太空，主要原因在于太空中阳光充足、长年不变；而且太空中的太阳光能是地球表面所能够接收的太阳能的3到13倍，甚至更多。太阳能发电卫星的概念于1968年首次提出。但据早期的估算，这种卫星的研发费用和造价可能在1万亿美元左右。当时，人们主要是考虑航天员必须在太空中建立电力回传设施，这一项工作将需要巨额的经费和技术支持。

　　现在，通过模块化的方式为机器人安装改良型的太阳能电池，机器人已完全可以取代航天员完成相应的太空作业。机器人模式所花费的代价将比可能以前航天员模式节约100倍。霍普金斯认为，如果当今最新技术能够得到充分利用，那么太空太阳能发电系统的研发和运用成本将会接近地面太阳能发电系统的造价，即每千瓦时电量的产生代价仅需大约30美分。然而，霍普金斯却认为30美分的代价仍然较高，成本仍有继续下降的趋势。尤其是随着更多研发资金的持续投入，将加速研发进程，促进更多高新技术的不断涌现和有效利用。人类利用太空太阳能的成本将继续降低。

　　美国五角大楼提供的一份报告显示，美国将在未来10年中致力于研发和建立一个发电容量达10兆瓦特的试验发电卫星，预计总成本达100亿美元。这笔巨额研发资金将从何而来，却是很难预测。美国国家航空航天局认为该项研究是能源领域的问题，而美国能源部却将其看作是太空研究项目。在责任的界定和资金的投入方面，两家互相推诿。至于该项目最后花落谁家，没有人会知道结果。这不再是一个技术问题，而是一个官僚体制的问题。

　　日本2030年将利用卫星供电

　　日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)称，他们过去一直在进行这一领域的研究，根据计划，他们将在2030年之前正式发射一颗地球同步卫星，并利用这颗卫星提供10亿瓦特的电力，以满足约50万个日本家庭的电力需求。该机构称，事实上，这一想法并不是白日做梦，而是建立在最基本的事实基础上的：相对于穿越地球大气层后的太阳光来说，外层空间的“同伴”的强度是它们的8倍。空基光电板捕获的能量能够以微波的形式被传送到地球，到地目的地之后，这些微波可以被转换成直流电。建议帕劳使用的绕低轨道运行的卫星每90分钟左右经过一次，由于向硅整流二极管天线传送能量的时间可能只有5分钟，这就要求对电量进行长期保存或者立即使用，比较有代表性的使用者当属内置硅整流二极管天线的充电式电动汽车。

　　此外，日本神户大学和无人太空实验自由飞行物研究所研究小组则从减少卫星重量方面进行研究。他们设计的太阳能电池板只有100平方公尺大，并固定在卫星上，同时采用模组化的设计以利日后扩展用。虽然不能调整角度面对太阳，但却使重量大幅减轻，发射成本也随之下降。研究人员表示，按照此设计，发电站在建设初期就可以开始对地面供电。经过核算，利用卫星从太空提供电力，每度电的成本将不高于0.08美元，与火力发电每度约0.05美元、核能每度0.10美元的成本相比，也算既经济实惠又环保。 

　　止步于高昂成本的梦想 

　　太空太阳能发电站的想法最初在1968年由美国麻省里特咨询公司的工程师彼特格拉斯提出。格拉斯设想了一个面积达50平方公里的太阳能电池板阵列，其中每块电池板都能产生数千瓦的能量。人们用火箭将这些电池板送入地球同步轨道，并让数百名宇航员在太空中完成组装工作。在他的设计方案中，太空发电站的电池板能不断调整角度以面对太阳，然后借助一个长达1公里的微波天线将太阳能传回地球。为实现这一目标，这个巨大的天线必须安装在万向装置上，使它能自由旋转而不受阵列中其他设备的影响。地面接收天线则更为壮观，占地超过100平方公里。如果这个梦想得以实现，它将成为最伟大的太空奇迹，国际空间站在它面前就不过是摩天大楼前的一间玩具房子。 

　　由于大气层外没有大气吸收、昼夜交替和云层遮挡，因此相同时间内，太空发电站的发电量将是在地球上相同面积太阳能电站产能的20倍。这就意味着在距地球3.6万公里的同步轨道上，每平方公里面朝太阳的卫星都能不间断地接收到1360瓦的太阳能，即使当地球被云层遮挡时也是如此。 

　　日本宇宙航空研究开发机构高级任务研究中心主任森政弘说，即便将建设期间所需能量考虑进去，太空发电站产生的能量也比地面上占地面积相同的太阳能发电站高5倍。虽然太空发电站的大规模建设有望一举解决温室气体排放和能源短缺问题，但美国在20世纪70年代进行了初步研究后还是放弃了这种想法，因为其建设成本高得惊人。即使在今天，仅将一颗这样的太阳能卫星送进太空就需要1万亿美元，而在太空建发电站至少需要十几颗这样的卫星。高昂的成本，让人类不得不止步。