隨著人類生活電氣化程度不斷提升，以及大數據與人工智能技術迅猛發展，全球能源需求正以前所未有的速度增長。風能、太陽能等地面可再生能源固然重要，但它們具有間歇性，且需要占用廣闊的土地資源。在這樣的背景下，天基太陽能（SBSP）或將成為一條通往真正清潔、富足能源未來的新路徑。
據世界經濟論壇官網近日報道，隨著發射成本下降與規模化制造技術的進步，天基太陽能在技術和經濟層面已具備可行性，有望成為一種豐富且可持續的新能源。當然，要將這一愿景變為現實，仍需克服一些關鍵技術障礙，例如進一步降低發射成本、提升向地球傳輸電力的效率等。
優勢多且前景廣
風力與太陽能發電受天氣、環境等因素影響較大。例如，地面太陽能易受云層遮蔽，因此供應不穩定；而傳統核電站會產生放射性廢料，帶來污染風險。相比之下，太空中的陽光強度高出地面5—10倍，不僅能量充沛，還能提供持續、潔凈的電力。
天基太陽能是一套部署于地球軌道的發電系統。它通過太陽能電池板收集能量，再以無線方式傳回地面的接收天線。這一構想最早由美國科學家彼得·格拉澤在1968年提出：將大型太陽能衛星部署在距地球約36000公里的靜止軌道上，使其全天候沐浴在陽光中。隨后，這些持續不斷的太陽能被轉化為微波，發射至地面接收站。這些微波本身是安全的，其峰值強度約為230W/m2，相當于正午陽光強度的1/4。
早在20世紀70年代，天基太陽能就被認為在技術上可行。直到近十年來，隨著發射成本下降與規模化制造技術的突破，它才真正具備了經濟可行性。
天基太陽能的優勢十分顯著：能提供穩定可靠的基載電力——這種持續性過去只能依靠化石能源或核能實現。此外，太空中更高的光照強度，也使天基太陽能板單位面積發電效率遠超地面，從而節約大量土地資源。美國國家航空航天局最近的一項研究甚至預測，一種天基太陽能模型能在一年99%的時間內發電。
這種高能量密度也有望大幅降低材料消耗，不僅使其更具可持續性，也有助于緩解資源壓力。同時，天基太陽能具備高度靈活的調度能力。每顆衛星可覆蓋地球1/4的區域，幾乎能實現洲際電力的瞬時傳輸，猶如太空中一座高效的“能源互聯樞紐”。研究表明，天基太陽能有望以極具競爭力的成本，滿足人類大部分能源需求。
多國競相布局
一場圍繞可持續能源的“太空競賽”已經拉開帷幕，世界各國與私營企業正紛紛加大對天基太陽能的投入。
2023年8月，美國加州理工學院的天基太陽能演示原型實現首次太空無線能量傳輸。該原型通過名為MAPLE的輕型微波發射器，在太空中完成太陽能采集與傳輸，不僅點亮了一對LED燈，更將能量傳回地面——加州理工學院戈登和貝蒂·摩爾工程實驗室屋頂的接收器準確捕捉到了這份“天外饋贈”。
中國也在穩步推進千米級陣列建設目標，計劃于2028年實現突破。目前，重慶“天基太陽能電站實驗基地”與西安“全鏈路地面演示驗證系統”兩大平臺已啟動建設。其中西安系統于2022年6月完成全鏈路能量轉換傳輸實驗，實現55米垂直距離微波輸能，發射功率超2千瓦。根據中國科學院發布的技術路線圖，中國有望在2030—2050年間建成首套商業化空間太陽能發電系統。
歐洲空間局于2023年1月啟動SOLARIS預先研發計劃，計劃3年內投入6000萬歐元攻關太陽能電池、能量轉換器、空間機器人等核心技術，為2025年后開展在軌驗證鋪平道路。
英國也躋身天基太陽能“玩家”行列。據英國科技新聞網站今年4月28日報道，英國的“恒定孔徑、固態集成、軌道相控陣列”（CASSIOPeiA）概念已被政府采納，作為天基太陽能發電廠演示項目的起點。參與該項目的幾家公司計劃6年內交付商業系統。英國還成立了由90多個工業、學術機構和政府組織組成的太空能源倡議，加速推進天基太陽能發展。
日本將天基太陽能列為重點發展方向，持續開展關鍵技術驗證。2024年12月，日本宇宙航空研究開發機構與航天系統公司成功完成空地長距離微波輸能實驗：搭載發射器的飛機在7000米高空向地面精準傳輸微波，部署于地面的13臺接收設備均成功捕獲能量。
諸多技術亟待攻關
盡管天基太陽能前景廣闊，但要實現這一宏偉藍圖，仍需在多個關鍵技術領域實現突破。
首先便是發射成本難題。雖然全球衛星發射成本持續走低，但歐洲空間局表示，建設國際空間站尚需數十次發射，規模更大的天基太陽能空間站所需發射次數將更為驚人。值得期待的是，可重復使用火箭技術的成熟正顯著改善太空經濟性，為天基太陽能商業化之路注入強勁動能。
其次，技術挑戰同樣不容小覷。目前雖已實現數公里距離的無線傳能，但要將千兆瓦級電力高效穩定地傳回地面，仍面臨重大技術瓶頸。與此同時，如何在太空中利用自主機器人精準組裝、維護巨型空間結構，也成為亟待攻克的技術難關。（科技日報記者 劉 霞）
（責任編輯：蔡文斌）
晉公網安備 14090202000008號 
