中國宣布於太空建造寬達 1 公里的巨型太陽能電站計畫,將使用中國研發中的新款超重型火箭逐一將模組送入離地 36,000 公里的地球靜止軌道。
這些年來,太陽能發電已取得一定進展,但該技術發電量仍面臨根本性限制──間歇性的雲層覆蓋,以及大部分太陽輻射在抵達地面之前就被大氣層吸收。
為此,早已有人提出替代性的太空太陽能電站,1941 年,著名作家 Isaac Asimov 在科幻小說描述過相關場景,即一個太空站利用微波束傳輸從太陽收集到的能量,由於太空電站位置較不受大氣層影響,將陽光轉化為電能的效率比地表太陽能電池板高出 10 倍。此外,它每秒都能收集陽光,消除當今困擾太陽能發電的間歇性問題。
1968 年《科學》期刊也描繪相關概念,NASA 隨後在 1974 年對此類計畫進行首次大規模研究,並確定數道技術關卡,包括將所需材料送入軌道的費用與風險相當高昂,使巨型太陽能電站無法成為可靠計畫。
然而最近,中國透露將利用該國新款超重型火箭發射模塊、建造一座太空巨型太陽能發電站,預計從離地 36,000 公里的地球靜止軌道透過微波將太陽能量傳回地球,整體太陽能電池陣列寬度達 1 公里,被稱為「太空的三峽大壩」,中國科學家表示,新太空太陽能電站一年收集之能量相當於地球開採一年石油轉換的能量。
建造太空太陽能電站的關鍵要素
長江三峽大壩是全球規模最大的水力發電站,每年發電 1,000 億度,早些時候 NASA 科學家曾指出,這座大壩若完全填滿水,將使地球白天長度延長 0.06 微秒。
目前,中國正致力於開發長征九號(Long March 9,CZ-9)重型運載火箭,首飛預計 2033 年,低地軌道最大有效載荷量 150,000 公斤,月球最大有效載荷 54,000 公斤。
雖然新款火箭還不確定能否成功,更不用說是否真能協助建造太空太陽能發電設施,但顯然中國大力投資與天基太陽能相關研究,該國科學家也一直在開發地面接收系統並驗證關鍵技術,比如西安電子科技大學段寶岩博士團隊主導的「追日工程」,2022 年已完成全球首個全鏈路全系統太空太陽能電站地面驗證系統。
從地緣政治角度來看,第一個掌握太空太陽能電站技術的國家將發揮巨大影響力,不只具能源獨立性,減少對化石燃料依賴,還能透過無線傳輸創造能源出口機會,中國並不是唯一制定太陽能衛星陣列計畫的國家,美國洛克希德·馬丁公司、諾斯洛普·格魯曼公司、歐洲太空總署、日本 JAXA 也一直在研究相關技術。
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(首圖為示意圖,非中國計畫概念圖,來源:pixabay)