这是一个直接来自科幻小说的想法：空间站绕地球运行，从太阳收集能量并将其发射到我们的星球。艾萨克·阿西莫夫 (Isaac Asimov) 在他 1941 年的小说《理性》(Reason)中普及了这一概念，从那时起，未来学家就一直梦想着这一点。
但这个想法不仅仅是一个空想——它是世界各地航天机构正在追求的一个高度实用的概念，而且它几乎是当前技术可以实现的。它甚至可能成为地球能源危机的解决方案。
我们采访了欧洲航天局先进概念和研究办公室主任利奥波德·萨默尔（Leopold Summerer），其中一位希望实现这一概念的人，以了解我们如何将这一梦想变成现实。
建设更好的太阳能发电站
与化石燃料或其他能源相比，太阳能具有许多优势：它可以免费获得、可再生、对环境影响最小，并且通常维护成本低。此外，太阳能电池板的技术一直在进步，使它们能够更有效地收集来自太阳的能量。
然而，它并非没有问题。最大的问题之一是存储，因为能量只能在白天收集，并且需要存储在大型电池中以在夜间提供电力。它还取决于良好的天气，因为云层覆盖会减少可收集的能量。
不过，如果我们能够在太空中建造太阳能发电站，我们就可以避免这些问题。这样的电站可以每天 24 小时收集太阳能，并且不需要将能量存储在笨重的电池中。如果它建在轨道上，那么它就不会受到地球大气层的干扰。电力还可以直接输送到最需要的地方，例如大城市。
尽管听起来很奇特，但这个想法实际上很有意义。 “这是其中一个概念，乍一看，‘哇，真的吗？如果地球上有足够的自由空间，为什么有人会把如此大型的结构放入太空呢？”萨默尔说。但仔细一看，这个概念有很多优点。 “它解决了我们当前的许多挑战——从气候变化到能源安全——不认真考虑它就是不负责任的，”他补充道。
空间有意义
如果轨道太阳能发电站看起来很荒谬，请考虑一下它与我们已经使用的太空技术并没有太大不同。萨默尔指出，许多航天器都使用太阳能电池板运行，因此“我们在太空中有太阳能发电站，我们只是在当地使用电力。”
为了建造发电站，我们需要比航天器上使用的太阳能电池板大得多的太阳能电池板，并且我们需要设计能够处理高电压的硬件。但这应该是逐步改进现有技术的问题，而不是必须创建全新的解决方案。
权力收集和分配的另一半是转移问题。电力如何从空间站传输到地球？这需要使用激光或微波进行无线功率传输。此类技术已经在地球上得到了验证，可以长距离无线传输电力——如果我们能在地球上做到这一点，我们也可以在太空中做到这一点。
技术挑战
当然，建造发电站并将其送入轨道并不是一件简单的事。其中一个大问题是如何将像发电站这样大的结构送入轨道，以及如果出现问题如何维护或修复。许多天基太阳能的支持者建议从卫星群开始，我们知道如何建造和发射这些卫星。如果其中一个出错了，那么还有其他的可以继续工作。这样，我们就可以学习如何使用这项技术，而无需将鸡蛋放入一个巨大的、昂贵的天文数字的篮子里。
还有效率问题。目前的无线电力传输技术的效率也就这么高。出于实际目的，您可能希望将太阳能发电站建在近地轨道上，距离地球表面大约500 英里。我们需要提高无线电力传输的效率，并确保该站拥有足够强大的天线，将其收集的所有电力发送到地球。
完成所有这一切的技术尚未准备就绪，但也并非完全超出我们的能力范围。
“这并不是说我们明天就可以推出，”萨默尔解释道。 “但另一方面，没有任何人发现任何东西可以成为所需关键技术的阻碍。”
一个小型的合作社区
不过，未来电力系统的挑战不仅仅是技术方面的。还有基础设施的问题。即使我们能够从太空收集太阳能，我们也需要地球上的基础设施来将电力分配到需要的地方。这个费用谁来承担？
萨默尔说：“这个项目几乎从设计上就将从国际合作中受益匪浅。”理想情况下，不同国家及其航天机构之间的国际合作将汇集资源，共同开发和发射这项技术，但当该领域的两个最大的参与者——美国和中国——不在太空任务上进行合作时，这可能会很困难。现在。
然而，萨默尔认为有理由对这一领域的国际合作持乐观态度，因为开发清洁、可再生能源符合每个人的利益。国际热核聚变实验堆（ITER）中有一个这种合作的模式，这是一个研究核聚变项目发电潜力的国际合作项目。
萨默尔表示，在天基太阳能方面，“我们尚未达到拥有一个共同国际项目并签署政府间合作协议的阶段”，因此“合作是在完全自愿的基础上进行的。”但他补充说，研究这一概念的国家群体，包括美国、中国、欧洲和印度，规模很小，“我们彼此非常了解”，“我们有强烈的动力共同努力”来交流思想和技术。 。
欧洲航天局最近签署了两项天基太阳能概念研究合同，旨在调查该概念在SOLARIS倡议下的可行性。最早可能会在 2025 年决定是否认真推行这个想法。
以月亮为垫脚石
测试新开发的电力系统的一个有前景的场所可能会让您感到惊讶。我们可以通过首先从太空向月球发送电力来测试系统，而不是从太空向地球发送电力。
萨默尔说，通过建立一个在太空收集太阳能并将其传输到月球表面的系统，“你可以展示几乎所有关键技术”，用于向地球发送电力的类似系统。
考虑到美国宇航局和其他组织计划在月球上建立需要持续电力的长期栖息地，这也是有道理的。萨默尔说：“我们需要在月球上提供任何大型设施的电力，而月球上的能源非常有限。”农历的夜晚寒冷而漫长，持续大约两周，因此我们需要一个能够在这段时间内维持游客生存的电源。核能和太阳能是实现这一目标的两种实用选择，因此人们已经非常关注为未来的任务开发这些系统。
从很多方面来说，向月球传输电力实际上比向地球更容易。月球没有大气层或云层来妨碍电力传输。月球基地的电力需求将远低于地球。
因此，如果我们需要测试天基太阳能解决方案，并且我们需要为月球任务提供电力，为什么不将两者结合起来呢？萨默尔说：“月球很可能成为开发关键技术的垫脚石，以展示[天基太阳能]如何在更小的规模上发挥作用。”
比你想象的更近
所有这些关于技术进步和未来发展的讨论可能会让您想象这样的系统还需要几十年的时间。但像萨默尔这样的专家相信，我们可以看到天基太阳能的运行时间要早得多。
萨默尔说：“在轨演示相对较快是可行的，”这取决于系统的规模。他认为，一个旨在测试该技术但实际上不提供可用电力的演示系统可以在短短五年内开发出来。
至于我们何时能看到此类技术的实际应用，到 2030 年代中期，地球上的一些人可能会使用小型太空太阳系的电力。
恰逢阿西莫夫故事出版 100 周年。将一个概念从奇特的科幻小说变成具体的科学现实需要一个世纪吗？对于完成不可能的任务来说，这并不是一个糟糕的时间表。