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太空“三峡”即将到来?发电效率是地面的10倍,可供全美使用半年

能源危机一直是现代人类最头疼的问题,早在上个世纪,科学家就发现太空中的太阳能接受效率是地球的十几倍。为了获得充足的能源,人们提出了“太空三峡”计划。

美国人曾经预测,如果他们能够利用太空能源,那么这些能源足以支撑全美国半年的电力消耗。面对如此可观的能量来源,科学家们为什么却停滞不前,人类什么时候才能建成“太空三峡”?

近乎无尽的电能:太阳能发电

若说到能源危机的破局,那大多数人都会想到核能,毕竟,核能是人类文明中,最接近无限能源的存在。

这主要是因为核能供给的能量十分巨大,供给时间也很长,且还能不断地再生作用。

但需要注意的是,这种理论仅适用于核聚变中,毕竟只有核聚变才能达成原子的重复利用,从而让核能反应不断持续下去,进而为人类带来源源不断的光和热。

须知人类赖以生存的太阳,就是一个核聚变的产物,每时每刻都在进行的聚变,让太阳可以源源不断地向外提供辐射能,其能量和时间都远超世人想象。

然而,遗憾的是,人类目前能够运用的核能只有核裂变,核聚变只能算是初入门槛,距离完全的聚变运用,还有着很长很长的路要走,或许是五十年,也可能是数个世纪,具体时间没人能够说准。

不过,太阳核聚变的例子,也为人们提供了新的破局思路,即依靠太阳的核聚变来获取永久的能源。

简单来说,就是太阳因核聚变而拥有了巨量的能源,那人类为何不能直接使用这种能量呢,反正现在也不可能完全掌握核聚变。

事实上,这种思路在上个世纪七十年代时,就有不少学者提出并将其搬上了社会舞台,而这便是太阳能。

相信大家对这个能源都不会感到陌生,无论是走入家家户户的太阳能热水器,还是用于科技产品的太阳能电池,这些都是太阳能的具体运用。

但令人震惊的是,这并不是太阳能的终极形态,因为在大气层的拦截下,地球地面所能获得的辐射能,实在是微乎其微。

而若想获得最高级的辐射能,那就必须去往太空,在那里所接收到的太阳能,将比地球地面所获得的,要高出数十倍。

因为,按照现在的测算,同一时间内,一平方的太阳能板在地面所获得的能量,并不会超过1000瓦;但若是在太空环境中,它所接收到的能量,就可以突破14000瓦,效率相差了14倍。

所以,人类要想获得无限能源,那最快的捷径就是到太空中去建立一个发电站,依靠太阳来进行长久的能量获取。

值得一提的是,最早提出该理论的人,是十九世纪享誉全球的科学家尼古拉·特斯拉,他认为宇宙中充满了能量,人类需要寻找方法去接收这些能源。

但将其广而告之的,则是一位来自美国的小说家艾萨克·阿西莫夫,1941年时,他在作品《理性》中,描写了人类建设太空发电站的桥段,这引起了无数读者的讨论。

之后,或许是受到了相关的启发,美国当局于上世纪七十年代时,首次开启了太空能量的挖掘计划,其中还包括一个名为“1979SPS基准系统”的太空发电站方案。

可由于实施难度的过大,这个项目被无限期推迟,直至发起人相继逝世,计划便也走向了搁浅。

不过,令人大受震撼的是,这个让美国都犯难的项目,却被中国接手了过来,并为它取了一个更加形象的名称---------逐日工程。

逐日工程的核心就在于太空太阳能发电站的建设,它的启动起源于一份名为《关于尽早启动我国太空发电站关键技术研究的建议》的文件。

当然,这并不是普通的建议书,因为在这份文件上有着无数院士的签字,这是代表着一种迫切的希望,也象征着科研界的决心。

所以,仅仅一年的时间,工信部就联合发改委和科技部等16个部委,再加上数百名专家进行认证,并最终完成了《中国太空发电站发展规划及关键技术体系规划论证报告》,认为这项计划是可行的。

但“可行”这个词终究只能算是理论,要想将其搬入现实,讲究的还得是“实现”二字。

逐日工程:三大难点

按照现有的理论来看,太空发电的难点主要集中于三点,分别是太空电站的建设、太阳能源的发电,以及地面能源的接收。

以美国人先前进行的估算,一个常规的太空发电站的质量,并不会低于十万吨,这意味着,需要有一个推力强大的火箭,能将其送入太空,或者,需要运载设备往返多次,分批次将零件运往太空进行组装。

这对于其他国家可能是难比登天的项目,比如美国先前依靠航天飞机升天的模式,就让太空运输变得极其困难,一来是载人升空的成功率低,二来载重和载人几乎不可能同时进行。

这意味着,美国要想在宇宙中组装发电站,那光是发射成本都将是一笔天文数字,而且,这还是建立在全部发射都成功的情况下,一旦其中出现发射失败,那成本又会不断增加。

不过,对于中国而言,这种太空运输却是可能实现的,因为中国掌握着长征重型火箭技术,要知道,长征重型火箭不仅载重能力优秀,同时还可以载人,这使得太空电站的建设变得相对容易一些。

另外,有了组装“天宫”空间站的经验,中国在外太空的建设能力,也是相当强大的,也就是说,太空电站的建设工作,在中国眼中并非难事。

不过,这也仅仅只解决了一个难点,发电站完成建设后,还需要进行光电转换,通俗来说,也就是太阳能发电必须要跟上。

但太空中的太阳能收集,显然与地面的情况不同,首先是缺失了大气层的保护后,太阳辐射会异常强烈,这对于太阳能收集板而言,就是一次质量的考验。

而且,太空发电站不同于普通卫星,它在宇宙中停留的时间将会非常长,若选取普通的太阳能板,根本无法承受住如此长时间且高强度的辐射。

所以,针对太空发电站的光板材料,还需要进一步的测试和选定,但值得庆贺的是,针对这一问题,我国于2018年时,就在西安电子科技大学成立了一个省级重点实验室。

据了解,这是中国首个太空太阳能电站领域的实验基地,专门负责太空电站的设计,其中自然也就包括材料的选定,以及其他建设问题的讨论和解决。

而解决了太空站的建设和运行后,便只剩下最后一个问题,那就是如何把获得的电能输送回地球。

要知道,该太空电站距离地面的高度,是不可能低于30000公里的,这意味着,寻常的电缆传输模式根本不适用,唯一可用的只有远程传输。

为此,国家专门在重庆璧山选址,建成了全国首个空间太阳能电站接收基地,在这里一众专家将进行能量远程发送和接收的研究。

按照团队专家段宝岩院士的介绍,目前考虑使用的传输手段,是将电能转换成微波后,再通过发射器传输回地球。

通俗地讲,就是太空发电站和地面接收站,会同时捕捉太阳高度,借此设定对接的角度。

当角度完成对接后,太空发电站会将收集到的电能,尽数转换为直流电,并将它们汇聚到发射天线顶端。

在这里,直流电会被一套设定好的模块组转换为微波,然后,这些微波将会被天线传输到地面接收站,而地面站点又会重复先前的流程,把微波还原为直流电,由此就能获得来自太空的电力了。

目前,该计划进展得十分顺利,按照《中国空间科学技术》杂志的消息,我国将在2028年时,在外太空建成首个太阳能发电站,并强调在2035年时,实现部分用户的运用。

届时,中国的能源使用也必然会因此再上一个台阶,正如当年的三峡大坝建成一般,只是这一次的“三峡”,是存在于太空中的。

参考资料:

《国际“群雄逐日”,中国探日工程“三步走”持续发力》--------上观新闻

《中国太空三峡工程曝光:千吨发电站送太空,10万年都用不完 》-------贤集网

《西安电子科技大学“逐日工程”取得重要阶段性成果》---------中国日报网

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