國際空間站資料圖(來自:NASA 官網(wǎng))
在惡劣的氣候背景下,太空太陽能已變得較以往任何時候都更加重要。隨著世界各地領(lǐng)導人因 COP26 氣候峰會而齊聚蘇格蘭格拉斯哥,這一選項有望極大減少我們的碳足跡。
即便無法單獨通過太空太陽能來化解氣候危機,但綠色創(chuàng)新對于達成 2015 年巴黎氣候協(xié)定的目標 —— 于本世紀末將全球變暖控制在 2 ℃(3.6 ℉)之內(nèi) —— 還是至關(guān)重要的。
早在 1900 年代初期,俄羅斯科學家兼數(shù)學家 Konstantin Tsiolkovsky(又被稱作航天 / 載人航天之父)就已經(jīng)提出了一系列在地球之外應用人類技術(shù)的未來設想。
自從貝爾實驗室于上世紀 50 年代發(fā)明了第一個混凝土“太陽能電池板”以來,國際科學家們就一直在努力讓這個夢想成為現(xiàn)實,其中就包括美日等國家的研究人員、美國軍方、以及加州理工學院帶領(lǐng)的研發(fā)團隊。
加州理工輕量級光伏面板原型結(jié)構(gòu)展示(圖自:Caltech)
項目高級研究科學家 Michael Kelzenberg 表示,學界于 1960 年代末 - 1970 年代開展了廣泛的太空太陽能研究,那是段類似于阿波羅計劃的鼎盛時期。
遺憾的是,受材料體積重量的影響,早期技術(shù)不夠先進、更別提經(jīng)濟高效地實現(xiàn)預期目標,尤其是怎么將光伏裝置艱難地送到太空。
不過項目首席研究員 Harry Atwater 道出了一個好消息,因為加州理工學院的研究團隊,正致力于將光伏組件的質(zhì)量減少到 1/10 乃至 1/100 。
如上圖所示,新型光伏面板的結(jié)構(gòu)相當輕巧、緊湊、并且能夠輕松折疊。每個模塊化的組件都具有完整的功能,并且能夠在太空中聯(lián)合起來工作。
(圖自:Caltech / The Space Solar Power Project)
據(jù)悉,研究團隊一直設想著通過一系列復合材料,來打造一種理想中的超輕結(jié)構(gòu)。盡管與地面上使用的光伏面板相比,其轉(zhuǎn)化效率可能低一些。
但 Kelzenberg 指出,太空中的“轉(zhuǎn)化率”并不是重點,因為這些太陽能帆板可以 24 / 7 地持續(xù)工作,而且不受風雨云等氣候因素的影響。
當陽光照射在這些太空光伏組件上時,它們會吸收匯聚直流電能,然后我們可以將它轉(zhuǎn)化為射頻能量(微波輻射),無線傳輸?shù)降孛娑说慕邮照尽?br />
如此一來,除非經(jīng)歷極端惡劣的天氣,太空太陽能的輸送才會被中斷。常規(guī)的雨霧、夜間、較溫和的風暴,并不會對其產(chǎn)生多少不利影響。
無線能量傳輸有助實現(xiàn) 24 / 7 清潔能源供電(圖自:Caltech / The Space Solar Power Project)
至于許多人擔心的輻射是否會對地面生物(比如植被)造成影響,其解釋稱接收端的功率密度與晴天陽光相當,且太空太陽能系統(tǒng)在設計之初就充分考慮到了安全性。
此外作為額外的安全預防措施,有關(guān)部門能夠劃定一個閑人免入的區(qū)域。以便地面站能夠安心地將微波能量轉(zhuǎn)換為交直流電,然后并入公共電網(wǎng)。
如果一切順利,研究團隊有望于 2022 年底通過商業(yè)航天器開展太空太陽能組件的早期技術(shù)演示。
原標題:加州理工寄望太空太陽能發(fā)電 明年開啟早期技術(shù)演示