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　　自上世紀(jì)70年代以來(lái)太空太陽(yáng)能發(fā)電一直是一個(gè)未來(lái)的幻想，但21世紀(jì)伊始3D打印技術(shù)的出現(xiàn)讓這種幻想更加接近現(xiàn)實(shí)。

　　Tethers Unlimited首席執(zhí)行官兼首席科學(xué)家羅布-霍伊特（Rob Hoyt）表示：“總體設(shè)想是創(chuàng)造一種衛(wèi)星蛹，具有緊湊耐用的“軟件DNA”裝配指令，能夠在軌道上制造空間系統(tǒng)組件，而不是建在地面上。”

　　TUI已經(jīng)從美國(guó)宇航局創(chuàng)新科技前沿項(xiàng)目（NIAC）計(jì)劃為其SpiderFab機(jī)器人打印機(jī)項(xiàng)目贏得了兩輪的資金。10萬(wàn)美元的獎(jiǎng)勵(lì)用于驗(yàn)證該技術(shù)的可行性和價(jià)值主張，50萬(wàn)美元資金用于測(cè)試在太空中制造出高性能桁架結(jié)構(gòu)原型和天線陣列的可行性。

　　霍伊特表示：“我們的分析顯示，一旦進(jìn)入太空，SpiderFab的機(jī)器人制造系統(tǒng)就會(huì)對(duì)材料進(jìn)行處理，制造出適合太空環(huán)境的超大型結(jié)構(gòu)。這種方法不同于傳統(tǒng)技術(shù)，因此能夠制造出大小是現(xiàn)在數(shù)十甚至數(shù)百倍的天線或天線陣列，從而提供適用于各類(lèi)太空任務(wù)的大型設(shè)備。”運(yùn)輸緊湊型材料而不是笨重的產(chǎn)成品“或減少10倍的承載量和50%到80%的質(zhì)量。


　　霍伊特認(rèn)為，3D打印技術(shù)和在軌組件自動(dòng)構(gòu)建可以允許人類(lèi)將部分原材料通過(guò)較小型火箭的方式運(yùn)輸至太空，這將“有效節(jié)約人類(lèi)的太空運(yùn)輸成本”。

　　一旦進(jìn)入太空，TUI的Trusselator--SpiderFab架構(gòu)的第一步--將使用3D打印技術(shù)和機(jī)器人裝配設(shè)備“制造長(zhǎng)的高性能桁架結(jié)構(gòu)。”這些架構(gòu)將為“建造大型系統(tǒng)提供支撐，比如數(shù)百千瓦的太陽(yáng)能陣列、大型太陽(yáng)帆以及足球場(chǎng)大小的天線系統(tǒng)。”

　　霍伊特解釋說(shuō)，對(duì)太空太陽(yáng)能發(fā)電來(lái)說(shuō)有兩個(gè)基本步驟。首先，3D打印機(jī)將建設(shè)一個(gè)碳纖維桁架結(jié)構(gòu)，將作為該系統(tǒng)的框架。然后，它將在薄膜光伏或反射材料（如果部署聚光太陽(yáng)能發(fā)電）結(jié)構(gòu)上鋪一層膜。

　　“我們還沒(méi)有詳細(xì)的研究空間太陽(yáng)能，”霍伊特說(shuō)。但是，剛剛完成的300千瓦軌道太陽(yáng)能陣列設(shè)計(jì)分析證明，SpiderFab預(yù)計(jì)可以讓承載量減少10倍，質(zhì)量減少最高達(dá)80%。

　　TUI還開(kāi)發(fā)了將制造用于該分析的實(shí)驗(yàn)室版本桁架結(jié)構(gòu)制造設(shè)備。

　　“地球同步太陽(yáng)能在一年99%的時(shí)間里都可以產(chǎn)生基底負(fù)荷電力，”美國(guó)宇航局阿波羅11號(hào)登月車(chē)經(jīng)理休伯特·戴維斯解釋說(shuō)。他是由9名前美國(guó)宇航局和阿波羅計(jì)劃科學(xué)家組成的Solar High Study Group的成員和退役軍人領(lǐng)袖，呼吁進(jìn)行太空太陽(yáng)能發(fā)電研究。

　　戴維斯指出，地面太陽(yáng)能電池陣列已經(jīng)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)平價(jià)，但沒(méi)有儲(chǔ)存它們不能提供公用事業(yè)公司需要的基底負(fù)荷電力。提供該項(xiàng)服務(wù)的存儲(chǔ)成本將使“我們的電費(fèi)加倍或增至三倍。”

　　Solar High Group正致力于“整合一個(gè)由政府和業(yè)界組成的財(cái)團(tuán)，”戴維斯說(shuō)。第一步將是資助更新70年代完成的波音/北美航空研究。他們研究了技術(shù)可行性、環(huán)境影響、土地利用、人力需求、能源回收期以及預(yù)估成本，確認(rèn)了該種概念“在沒(méi)有新科學(xué)的背景下具有技術(shù)可行性”，但發(fā)現(xiàn)太過(guò)昂貴。

　　成本一直是影響Solaren公司試圖實(shí)現(xiàn)太空太陽(yáng)能發(fā)電商業(yè)化的主要障礙。日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)也在致力于這個(gè)領(lǐng)域的研究。

　　2012年8月美國(guó)宇航局阿波羅項(xiàng)目工程師菲利普·查普曼計(jì)算得出太空太陽(yáng)能發(fā)電的交付成本介于每千瓦時(shí)0.1美元到0.11美元。根據(jù)查普曼2013年7月作出的最近計(jì)算，如果達(dá)到規(guī)模水平，發(fā)射成本將介于每千瓦時(shí)0.008美元，交付成本則為每千瓦時(shí)0.023美元。

　　鑒于3D打印技術(shù)將顯著減少體積和質(zhì)量，這些發(fā)射成本可大幅減少，盡管霍伊特不能具體評(píng)論太空太陽(yáng)能發(fā)電，戴維斯的研究小組尚未考慮TUI技術(shù)的影響。

　　成本并不是太空太陽(yáng)能發(fā)電面臨的唯一挑戰(zhàn)。“安全問(wèn)題是除成本外最讓人擔(dān)心的地方所在，”Solar High承認(rèn)。將太空太陽(yáng)能電力從軌道天線投遞到地面整流天線的微波傳輸將是“微波爐能量的200萬(wàn)倍。”

　　但是，前美國(guó)宇航局無(wú)線電力傳輸工程師理查德·迪金森透露傳輸?shù)淖畲笊漕l強(qiáng)度“只是陽(yáng)光的四分之一”。此外，如果地面站出現(xiàn)任何中斷，發(fā)射器會(huì)立即關(guān)閉。“飛機(jī)可以安全地穿過(guò)光束，測(cè)試已經(jīng)證明即使是敏感的蜜蜂也不會(huì)受到影響，”戴維斯說(shuō)。

　　戴維斯解釋說(shuō)，無(wú)人推進(jìn)太空太陽(yáng)能發(fā)電的兩個(gè)“真正原因”是：

　　1. 公用事業(yè)公司“合理和適當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)規(guī)避”；

　　2. 阻止其他能源方式獲得補(bǔ)貼的游說(shuō)者，因?yàn)橐坏┻@些能源方式獲得補(bǔ)貼，他們將“失業(yè)”。

　　“3D打印已經(jīng)成為一個(gè)包羅萬(wàn)象事物，進(jìn)化的如此之快以致成為可能做各種事情的多用途技術(shù)，”霍伊特解釋道。

　　波音公司和美國(guó)通用電氣正開(kāi)發(fā)利用3D打印技術(shù)制造飛機(jī)部件的技術(shù)，小規(guī)模的應(yīng)用開(kāi)始進(jìn)入制造商的供應(yīng)鏈。

　　“鑒于美國(guó)宇航局資助的方式，SpiderFab將在三五年面臨無(wú)錢(qián)可用的境地，”霍伊特說(shuō)。“我們將不得不逐步發(fā)展我們的工藝，展示我們的可靠性。”