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小蜜蜂

空间发电站是「先到先占」吗?各国进度如何?



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诚如之前有人回答过的的一样,先到先占的是轨道资源,例如GEO的轨道资源已经基本上分割完毕,未来中轨道和低轨道也会呈现出相同的趋势。

所以无论是发展什么样的空间系统,其实都会面临这样的问题。

下面聊聊空间电站

话说1968年,格雷泽博士提出了空间太阳能电站这个概念,简单地讲就是在太空中构建巨大的太阳能收集系统,将太阳能转化为电能再通过无线能量传输,为地面输送大量洁净稳定的能源~~~

空间能量获取

呃~~~ 想出这个点子应该是很自然的,就像我也能想到只要找出人类衰老的基因,然后想办法控制它,就可以延长我们的寿命甚至获得永生一样,这种点子的特点就是需求非常明确,解决的途径也非常的清晰,关键的问题就是做不到啊~~~ 太难了啊。解决火箭上天的理论几百年前就有了,可是造出来的火箭要依照这个理论飞那可就是另外一回事情啦。

然而空间电站项目不断地有投入,有研究的,其动因就是他的前景真的很诱人。空间获取太阳能有得天独厚的优势。首先在空间尤其是地球同步轨道这样的高轨道,日照的时间是非常长的,基本没什么夜晚,闭着眼睛电能都起码是地面的两倍。然后呢还没有大气,所以一来不怕大气对阳光的损耗,二来没有阴天下雨也和雾霾,可以持续不断地产生电能,这的是太美好啦~~~

这个时候哲学学的好就很重要啦,天底下哪里有这样的好事情,如此美好的背后肯定有坑的。而且坑还不少呢!

第一个大坑,就是这玩意儿以短时间内的技术根本就造不出来啦,要产生出足够多的电量需要在空间建造一个非常巨大的系统。比现有在轨的卫星大起码3~4个数量级才有意思。意味着这个电站将无比庞大,它需要足够大的太阳能采集系统去收集太阳光,所以他的尺寸起码也是公里量级,现在最大的卫星倒是已经有一两百米的天线了,可是要造出公里以上的太阳电池整列还要跟着太阳光的方向变化,这个就是走在航天最前列的老美也做不到啊~~

然而这一调研不得了,人家可还真不简单,提出概念之后,楞是不断地做方案,不断地推翻,不断地改进,迭代了一轮又一轮。一直到1999年空间太阳能电源探索研究和技术计划(SERT),继承了之前地研究,提出了集成对称聚光系统,并开展了子系统设计与可行性分析。一下子弄的有模有样,搞得跟真的似的。

SERT系统采用了汇聚的手段,通过两侧的大型的薄膜聚光系统汇聚太阳光,汇聚系统有控制机构可以不断地指向太阳,而后将太阳光汇聚到转换系统,产生电能,再将电能转化为微波传输到地面。

还有就是太阳帆塔项目(Suntower),该项目也很有想象力,系统采用重力梯度稳定,使得系统垂直于地面,由分立的单元进行太阳光汇聚与产能,再通过底端进行对地的能量传输。

这样,系统的优点是可以慢慢部署,慢慢升级,问题是由于不能调整姿态,所以不能一直瞄向太阳,无法做到持续稳定地提供电能。

无线能量传输

空间系统建成后,获取的电能要传输到地面,就需要能量无线传输技术。如今提出的主要有两种技术方式,一种是微波传输,一种是激光传输。

无线微波传输的理论早已有之。微波传输还是很有优势的,首先是不受天气影响,可以全天候地向地面传输能量,其次现如今和激光比起来转化效率也很高。然而问题也不少,传输距离有限,当前实验还是在很短的距离上实现无线传输,要实现从几万公里外进行高效率传输要突破地技术还非常地多哦~~而且微波传输的天线一定小不了。那么又是大太阳阵列,又是大微波天线,这系统没法造了。

激光无线传输系统有很多自己的优点,首先其发射装置可以很小,这样工程好实现,然而也是坑不少。激光是光,所以有云了就不能传输,地面雾霾太大恐怕也有问题,而且现在的转化效率很低,例如20%的转化效率,意味着80%的能量都变成了热能,作为需要传输GW级别的系统,我觉得开机就要烧了的节奏。

其他很多国家也都提出了各式各样的设想计划,然而离实现,哪怕只是实现一个初步的演示系统都很有难度。

以上。

这个时候,我们就又要把哲学搬出来了,有这么多坑应该要兴奋地啊~~这说明后面有太多的技术机会啦~~~而且那么诱人的前景又提供了完美的机会利基,随随便便牵引出一个个技术体系。

其实我们完全可以脑洞大开,未来这个太阳能电站还真不一定就是用来给地面供电的。

我觉得最起码有很多领域就非常有价值,例如建设同步轨道或者更远的空间港口,这必须要巨大的太阳能采集系统啊,如今把什么3D打印在轨制造在这个系统里一练,未来高太空工厂什么的不是梦啊~~

第二真不用给地面充电啊,给这些航天器充电啊,这样这些航天器都不要装什么帆板了啊,装什么SADA啊,又贵又容易坏。很多复杂地卫星一下子就简单了啊。

而且我觉得人类在拓展空间的过程中也可以一边发展一边造电站,接力传输么,为每一步空间殖民提供杠杠滴能源保障~~

所以最后来句俗的,梦想还是要有的~~ 实现不了这个,难说实现个更好的呢?

参考文献

本答案来源于我的公众号:宇聊 欢迎关注

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