科学探索|如何在太空中建造太阳能发电场？如何在太空中建造太阳能发电

北京事件8月13日消息，1941年，著名科幻作家艾萨克·阿西莫夫发表了短篇小说《推理》（Reason）。这是一个关于机器人和人工智能的警示故事，其奇特的背景设定至今仍被人津津乐道，那就是一个能收集太阳能，并通过微波向行星传递能量的空间站。

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美国国家航空航天局的一位艺术家在1999年绘制的轨道太阳能发电场。像许多其他太空太阳能设计一样，该设施需要许多连接部件，这意味着发射成本将非常高昂
在这篇作品之后，基于太空的太阳能利用就成为一个长盛不衰的新奇想法。如果人类能够掌握这项技术并筹集资金将之实现，人类世界就有可能因此改变。
唐纳德·布伦是美国最富有的房地产开发商之一，也阅读了一些关于太阳能的书，他有能力为这一项目提供资金上的帮助。加州理工学院已经于近日宣布，自2013年以来，唐纳德·布伦和他的妻子布丽吉特已经向该校捐赠了1亿多美元，助力轨道光伏发电的实现。
这项宏伟的工程将需要一大笔钱，而且更重要的是，相关的工作已经进行了十多年。加州理工学院的一个团队计划在2022年底或2023年首次发射一个测试阵列。
“这是一件相当大胆的事情，”加州理工学院太空太阳能项目的联合主管、电气工程学教授阿里·哈吉米瑞说道。他认为，较长的时间线“能让你抓住机会，承担风险。有时这些机会会带来回报，有时不会，但当你以一种受训练的、有控制的方式去行动时，你最终会得到意想不到的结果。”
现年89岁的唐纳德·布伦的大部分财富（估计在153亿到161亿美元之间）都用于在加利福尼亚州奥兰治县建造办公楼和住宅。他是纽约市标志性的大都会保险公司大楼的大股东，还为环境保护捐赠了土地和资金。他很少接受采访，尽管加州理工学院的太空太阳能项目已经公开，但布伦对该项目的支持直到现在都是一个秘密。
高地球轨道是建造太阳能发电场的好地方，因为这里太阳永远不会落下，永远不会有遮蔽的云层。然而，为了产生大量的电力，以往的大多数设计都是不切实际的，不仅规模庞大，而且成本高昂，是当前人类社会负担不起的。在工程师们的描绘中，有巨大的桁架结构，通常长达数公里；光伏板或镜子安装在桁架上，吸收或集中阳光，将光能转化成直流电，然后通过激光或微波光束传输到地面。建造这样一个装置可能需要数百次火箭发射。在很多人看来，这注定是一项因为规模太大而无法成功的技术。
“真正需要做的是技术上的范式转换，”该项目的负责人、加州理工学院应用物理和材料科学教授哈里·阿特沃特说，“我们谈论的不是每平方米1公斤的重量，而是今天就可以制造的、每平方米只有100到200克的系统。我们有一个路线图，希望能将这个范围降至每平方米10到20克。”
那么，这个路线图如何实现？当然不可能一蹴而就，但我们可以改变思路，或许最大的改变就是制造模块化的太阳能电池板。轻质的砷化镓光电池将被连接到“瓦片”——由加州理工学院设计的太阳能板基本单元——每块“瓦片”可能只有100平方厘米大小，相当于一个甜点盘。
关键在于，每块“瓦片”本身就是一个微型太阳能发电站，配有光伏装置、微型电子元件和微波发射器。所有“瓦片”将连接在一起，形成更大的“模块”，面积或许能达到60平方米。数千个模块将形成一个六边形发电站，每条边3公里长。这些模块之间甚至没有物理连接，没有沉重的支撑梁和捆绑的电缆，质量也更少。