逍遥学能 2018-03-04 22:49
太空取之不尽的太阳能一直是科学家的一个巨大的诱惑。如今，一种沿轨道动行，在“星际间”直接生产电流并向地球输送能量的发电站即将问世。它为整个地球更充分地享受太阳能资源提供了新途径。
多少年来，科学家们执着地幻想既清洁又取之不尽的能源。他们认为最有可能的是建立一个沿地球轨道运行的电站，通过光电板，也就是太阳能板吸取太阳辐射，然后以微波形式把这些吸收的能量发往地球。如今，一个命名为SPS2000（Solar Power Satellite）的太阳能卫星计划的实施，将使科学家的这种幻想变成现实。
日本东京大学能量工程系是此项计划的诞生地，那里的研究人员解释说：实际上，这是一个能够产生1万千瓦电能的巨型卫星。卫星的形状呈现等边三棱柱状，边长336米，高303米，重240吨。三棱柱的两面覆盖着由硅构成的太阳能板，另一面安装着向地球输送微波的天线。所有结构通过铝管连为一体，由机器人在轨道上直接安装，并由机器人负责设备维护。
这个系统具有很大的优势。事实上，仅仅一天到达地球的太阳能，如果能被最大限度地加以利用的话，就足以满足全世界一整年的能量需求。但是，如何更好地利用呢？
凭原有的技术，在地球表面可直接利用的太阳能只不过是九牛一毛，也就是说每平方米约1千瓦，此外，还要受到季节、恶劣天气和昼夜转换以及收集、存储费用高等条件的限制。
大规模利用太阳能计划的最初思路是，在地球上阳光充足的沙漠地带建造大型太阳能发电机。然而，大量采用这种系统势必导致地球表面会被一望无际的黑色太阳能板所覆盖，况且由于夜间无法产生能量，实际利用率会较低。
经过多年苦心孤诣的研究，全世界众多的科研小组包括美国国家航空航天局（NASA）在内，最终殊途同归，认定了唯一的一条解决之路：向太空要电能，那里太阳能的流动永无休止。
早在1968年，美国人彼得?格拉泽就提出了建立卫星式太阳能发电机的构想。
这位科学家认为，通过发射轨道卫星，把从其太阳能板上获得的电能以微波形式向地球传送，这样就可以获得清洁和源源不断的能量。
事实上，在卫星所处的高度，因为不存在由大气层构成的屏蔽，太阳辐射的能量密度约相当于地球表面能量密度的1.5倍。
如果排除由于地球阴影不能生产能量的时间（根据卫星轨道变化，持续时间最长为每天72分钟，并仅处在跨春分、秋分的45天内，总时间不足全年时间的1％），轨道发电既不受昼夜交替的影响，也不受天气条件或者季节变化的限制。因此，在太空可以得到的太阳能约是地球上可利用太阳能的10倍。
格拉泽设想的卫星可谓是庞然大物：每颗重约5万吨，发电能力为500万千瓦（相当于5座中型核电站）。预定每年发射两颗卫星，30年时间内总共发射60颗卫星。1980年，这项耗资不菲的计划终因不够经济而胎死腹中。
为了减轻在地球上过度开发能源带来的环境压力，使地球的环境得以喘息和改善，近年来对这一系统的研究又日渐兴盛，尤其是能源匮乏的日本在这方面更是领先一步。三棱柱状的巨型卫星计划就是在这种背景下出台的。为挑选优质的太阳能板，科学家对由非晶硅薄膜组成的太阳能接收板进行了多次试验。硅薄膜轻且富有弹性，易于低成本制造，具有很强的抗宇宙辐射能力。由太阳能板产生的直流电首先转换成微波，然后由一个安装在卫星上的发射无线向地球传送。在地球基地，通过接收天线接收微波，然后把微波再转换成直流电，最后变为交流电，接入电网。
为使从卫星发射的微波仅传向接收设备，通过架设在地球基地中心的一个小型抛物面天线向卫星发送波导信号。以目前的技术水平，把直流电转换为微波（此项操作直接在卫星上进行）约损失30％的能量，安装在SPS2000地球基地中心的接收天线把卫星发送来的微波能量的70％转化为电能。这样太阳能板所产生的能量约有50％可被地球利用。
根据轨道高度，SPS2000卫星每天可数次经过地球同一点，因此它可以同多个地球基地进行接触，向每个基地传送能量。平均而言，每个基地每隔2小时可接受1次时间约230秒的微波。为了吸收所有微波，还必须架设一部直径为2公里的天线。
把所获得的电能在电池中蓄积，每小时就可连续取得250千瓦的电能，相当于一个家庭15天的消费。因此，一天的蓄积就可满足一个发达国家大约200个家庭的能量需求；如果把这些基地建在一些发展中国家，则能够保证这些能量供应的家庭数目是前者的10倍。
此外，利用卫星发射微波，人们不必担心电磁污染的危险。
传送能量所采用的微波频率为2.45吉赫，或者处于卫星传送频率（约为12吉赫）和地表电视传送频率（约为0.77吉赫）之间。地球表面传送的能量密度，即使在最为密集的地区，也只有每平方厘米0.001瓦，完全符合国际安全标准。